Dlaczego nowoczesne komputery są o wiele lepsze od starych? Jedno z wyjaśnień wiąże się z ogromnym postępem, jaki nastąpił w dziedzinie mocy mikroprocesorowej w ciągu ostatnich kilku dekad. Mniej więcej co 18 miesięcy liczba tranzystorów, które można wcisnąć w układ scalony, podwaja się.
Trend ten został po raz pierwszy dostrzeżony w 1965 roku przez współzałożyciela firmy Intel Gordona Moore’a i jest powszechnie nazywany „Prawo Moore'a.” Wyniki popchnęły technologię do przodu i przekształciły ją w przemysł wart bilion dolarów, w którym niewyobrażalnie potężne chipy można znaleźć we wszystkim, od komputerów domowych, przez samochody autonomiczne, po inteligentne gospodarstwa domowe urządzenia.
Polecane filmy
Ale prawo Moore’a może nie obowiązywać w nieskończoność. Branży zaawansowanych technologii mogą spodobać się rozmowy o wykładniczym wzroście i napędzanym cyfrowo „końcu”. rzadkość”, istnieją jednak fizyczne ograniczenia możliwości ciągłego zmniejszania rozmiarów komponentów chip.
Co to jest prawo Moore’a?
Prawo Moore’a to obserwacja poczyniona przez współzałożyciela Intela, Gordona Moore’a, w 1965 roku. Stwierdza, że mniej więcej co 18 miesięcy liczba tranzystorów, które można wcisnąć w układ scalony, podwaja się.
Już miliardy tranzystorów w najnowszych chipach są niewidoczne dla ludzkiego oka. Jeśli prawo Moore’a miało obowiązywać do roku 2050, inżynierowie będą musieli budować tranzystory z elementów mniejszych niż pojedynczy atom wodoru. Utrzymanie firmy jest również coraz droższe. Budowa zakładów produkujących nowe chipy kosztuje miliardy.
W wyniku tych czynników wiele osób przewiduje, że prawo Moore’a przestanie obowiązywać na początku lat 20. XX wieku, kiedy chipy będą zawierały elementy oddalone od siebie o zaledwie około 5 nanometrów. Co się stanie później? Czy postęp technologiczny zatrzymał się, jakbyśmy dzisiaj utknęli na tym samym komputerze z systemem Windows 95, który mieliśmy kilkadziesiąt lat temu?
Nie bardzo. Oto siedem powodów, dla których koniec prawa Moore’a nie będzie oznaczać końca postępu komputerowego, jaki znamy.
Prawo Moore’a nie zakończy się „tak po prostu”
Wyobraźmy sobie katastrofę, która by nas spotkała, gdyby jutro przestały działać zasady termodynamiki lub trzy zasady dynamiki Newtona. Prawo Moore’a, pomimo swojej nazwy, nie jest tego rodzaju uniwersalnym prawem. Zamiast tego jest to zauważalny trend, taki jak fakt, że Michael Bay ma tendencję do wypuszczania nowych produktów Transformatory film latem — z wyjątkiem, no wiesz, dobrego.
Dwa chipy Intel 8080 z lat 70. (w lewym górnym rogu), Intel 486 i Pentium z lat 1989 i 1992 (w prawym górnym rogu), dwurdzeniowy procesor Xeon 5100 z 2006 r. oraz i7 8. generacji z 2017 r.
Dlaczego o tym wspominamy? Ponieważ prawo Moore’a nie zakończy się tak po prostu, jak ktoś wyłączy grawitację. To, że nie mamy już podwojonej liczby tranzystorów w chipie co 18 miesięcy, nie oznacza, że postęp zostanie całkowicie zatrzymany. Oznacza to po prostu, że tempo ulepszeń będzie nieco mniejsze.
Wyobraź sobie, że jest to olej. Łatwo dostępne rzeczy wydobyliśmy na powierzchnię, teraz musimy zastosować technologie takie jak szczelinowanie, aby uzyskać dostęp do trudniejszych do zdobycia zasobów.
Lepsze algorytmy i oprogramowanie
Pomyśl o tych gwiazdach NFL lub NBA, które zarabiają tak dużo pieniędzy, że nie muszą się martwić o to, czy ich dotychczasowe oszczędności wystarczą na dłużej. To nieco chaotyczna, ale wciąż trafna metafora związku między prawem Moore’a a oprogramowaniem.
Wyciśnięcie większej wydajności z tych samych chipów stanie się znacznie większym priorytetem.
Chociaż istnieje pięknie zakodowane oprogramowanie, przez większość czasu programiści nie musieli się zbytnio martwić o usprawnienie swój kod, aby z roku na rok był mniej powolny, ponieważ wiedzą, że przyszłoroczne procesory komputerowe będą w stanie go uruchomić lepsza. Jeśli jednak prawo Moore’a nie zapewnia już takich samych postępów, nie można już polegać na tym podejściu.
Wyciśnięcie większej wydajności oprogramowania z tych samych chipów stanie się zatem znacznie większym priorytetem. Jeśli chodzi o szybkość i wydajność, oznacza to tworzenie lepszych algorytmów. Miejmy nadzieję, że poza szybkością będzie to oznaczać bardziej eleganckie oprogramowanie, w którym duży nacisk zostanie położony na wygodę użytkownika, wygląd i jakość.
Nawet gdyby prawo Moore’a miało zakończyć się jutro, optymalizacja dzisiejszego oprogramowania nadal zapewniłaby lata, jeśli nie dekady wzrostu – nawet bez ulepszeń sprzętu.
Bardziej wyspecjalizowane chipy
Mając to na uwadze, jednym ze sposobów, w jaki projektanci chipów mogą przezwyciężyć spowolnienie postępu w dziedzinie chipów ogólnego przeznaczenia, jest tworzenie coraz bardziej wyspecjalizowanych procesorów. Jednostki przetwarzania grafiki (GPU) to tylko jeden z przykładów. Można również zastosować niestandardowe, wyspecjalizowane procesory sieci neuronowe, wizja komputerowa dla samochody autonomiczne, rozpoznawanie głosui urządzenia Internetu rzeczy.
W miarę zwalniania prawa Moore’a producenci chipów zwiększą produkcję wyspecjalizowanych chipów. Na przykład procesory graficzne są już siłą napędową widzenia komputerowego w samochodach autonomicznych i pojazdach w sieciach infrastrukturalnych.
Te specjalne konstrukcje mogą pochwalić się szeregiem ulepszeń, takich jak wyższy poziom wydajności na wat. Do firm, które podążają tą niestandardową modą, należą lider rynku Intel, Google, Wave Computing, Nvidia, IBM i nie tylko.
Podobnie jak lepsze programowanie, spowolnienie postępu produkcyjnego zmusza projektantów układów scalonych do większej ostrożności podczas wymyślania nowych przełomowych rozwiązań architektonicznych.
Nie chodzi już tylko o chipsy
Prawo Moore’a narodziło się w połowie lat sześćdziesiątych XX wieku, ćwierć wieku przed wynalezieniem sieci WWW przez informatyka Tima Bernersa-Lee. Chociaż od tego czasu teoria ta pozostaje aktualna, w dobie podłączonych urządzeń nie ma już potrzeby polegania na zlokalizowanym przetwarzaniu. Jasne, wiele funkcji na komputerze, tablecie lub smartfon są przetwarzane na samym urządzeniu, ale coraz większa ich liczba nie.
Dzięki przetwarzaniu w chmurze wiele ciężkich prac można wykonać gdzie indziej.
Przetwarzanie w chmurze oznacza, że wiele zadań związanych z dużymi problemami obliczeniowymi można wykonać gdzie indziej centra danych, wykorzystujące systemy masowo równoległe, w których wykorzystuje się wielokrotnie większą liczbę tranzystorów niż w zwykłym pojedynczym komputer. Jest to szczególnie prawdziwe w przypadku A.I. intensywne zadania, takie jak inteligentni asystenci, których używamy na naszych urządzeniach.
Dzięki przeprowadzeniu tego przetwarzania w innym miejscu i dostarczeniu odpowiedzi z powrotem na komputer lokalny, gdy będzie obliczone, maszyny mogą stać się wykładniczo inteligentniejsze bez konieczności wymiany procesorów co 18 miesięcy Więc.
Nowe materiały i konfiguracje
Dolina Krzemowa nie bez powodu zyskała swoją nazwę, ale badacze są zajęci badaniem przyszłych chipów, które mogłyby być wykonane z materiałów innych niż krzem.
Na przykład Intel wykonuje niesamowitą pracę z tranzystorami zbudowanymi w trybie 3D w górę zamiast układać na płasko, aby eksperymentować z różnymi sposobami upakowania tranzystorów w obwodzie tablica. Inne materiały, takie jak te oparte na pierwiastkach z trzeciej i piątej kolumny układu okresowego, mogłyby zastąpić krzem, ponieważ są lepszymi przewodnikami.
W tej chwili nie jest jasne, czy substancje te będą skalowalne i niedrogie, ale biorąc pod uwagę połączoną wiedzę specjalistyczną najlepsze rozwiązania w branży technologicznej — i towarzysząca temu zachęta — może pojawić się kolejny materiał półprzewodnikowy Czekanie.
Obliczenia kwantowe
Obliczenia kwantowe to prawdopodobnie najbardziej „taki” pomysł na tej liście. Jest to także drugi najbardziej ekscytujący. Komputery kwantowe są obecnie technologią eksperymentalną i bardzo kosztowną. Różnią się od znanych nam binarnych cyfrowych komputerów elektronicznych, które opierają się na tranzystorach.
Zamiast kodować dane w bitach o wartości 0 lub 1, obliczenia kwantowe zajmują się bitami kwantowymi, które mogą wynosić 0, 1 oraz jednocześnie 0 i 1. Krótko mówiąc? Te superpozycje mogą sprawić, że komputery kwantowe będą znacznie szybsze i wydajniejsze niż obecnie istniejące komputery głównego nurtu.
Tworzenie komputerów kwantowych niesie ze sobą wiele wyzwań (po pierwsze muszą być niesamowicie zimne). Jeśli jednak inżynierom uda się rozwiązać ten problem, być może uda nam się wywołać ogromny postęp w tempie tak szybkim, że Gordonowi Moore’owi zakręciło się w głowie.
Rzeczy, o których jeszcze nie możemy pomyśleć
Niewiele osób przewidywałoby pojawienie się smartfonów w latach 80. Pomysł, że Google stanie się gigantem, jakim jest, lub że będzie nim witryna handlu elektronicznego taka jak Amazon na dobrej drodze, aby stać się pierwszą firmą o wartości 1 biliona dolarów na początku lat 90. brzmiałoby to szalenie.
Rzecz w tym, że jeśli chodzi o przyszłość informatyki, nie będziemy twierdzić, że wiemy dokładnie, co czai się za rogiem. Tak, obecnie obliczenia kwantowe wydają się wielką długoterminową nadzieją obliczeniową po wydaniu prawa Moore’a, ale są szanse, że za kilka dekad komputery będą wyglądać zupełnie inaczej niż te, których używamy dzisiaj.
Niezależnie od tego, czy chodzi o nowe konfiguracje maszyn, chipy wykonane z zupełnie nowych materiałów, czy też otwierające się nowe rodzaje badań subatomowych nowych sposobów pakowania tranzystorów w chipy, wierzymy, że przyszłość informatyki – z całą pomysłowością, jaką się z nią wiąże – będzie A-OK.
Zalecenia redaktorów
- Nowa kardiologia A.I. wie, czy wkrótce umrzesz. Lekarze nie potrafią wyjaśnić, jak to działa
