Zakaj so sodobni računalniki toliko boljši od starih? Ena od razlag se nanaša na ogromen napredek, ki se je zgodil v mikroprocesni moči v zadnjih nekaj desetletjih. Približno vsakih 18 mesecev se število tranzistorjev, ki jih je mogoče stisniti na integrirano vezje, podvoji.
Ta trend je leta 1965 prvi opazil Intelov soustanovitelj Gordon Moore in se popularno imenuje "Moorov zakon.” Rezultati so tehnologijo pognali naprej in jo spremenili v bilijonsko industrijo, v kateri nepredstavljivo zmogljive čipe lahko najdemo v vsem, od domačih računalnikov do avtonomnih avtomobilov do pametnega gospodinjstva naprave.
Priporočeni videoposnetki
Toda Moorov zakon morda ne bo mogel veljati v nedogled. Visokotehnološki industriji bodo morda všeč njeni govori o eksponentni rasti in digitalno usmerjenem »koncu pomanjkanje,« vendar obstajajo fizične omejitve zmožnosti nenehnega zmanjševanja velikosti komponent čip.
Kaj je Moorov zakon?
Moorov zakon je opažanje soustanovitelja Intela Gordona Moora leta 1965. Navaja, da se približno vsakih 18 mesecev število tranzistorjev, ki jih je mogoče stisniti na integrirano vezje, podvoji.
Že milijarde tranzistorjev na najnovejših čipih so človeškemu očesu nevidne. Če naj bi se Moorov zakon nadaljeval do leta 2050, bodo morali inženirji izdelati tranzistorje iz komponent, ki so manjše od enega atoma vodika. Prav tako je za podjetja vse dražje, da jim sledijo. Gradnja proizvodnih obratov za nove čipe stane milijarde.
Zaradi teh dejavnikov veliko ljudi napoveduje, da bo Moorov zakon prenehal delovati v zgodnjih 20. letih prejšnjega stoletja, ko bodo čipi vsebovali komponente, ki bodo narazen le približno 5 nanometrov. Kaj se zgodi potem? Ali se tehnološki napredek ustavlja, kot da bi danes obtičali pri uporabi istega računalnika z operacijskim sistemom Windows 95, kot smo ga imeli pred nekaj desetletji?
res ne. Tu je sedem razlogov, zakaj konec Moorovega zakona ne bo pomenil konca napredka računalništva, kot ga poznamo.
Moorov zakon se ne bo končal "kar tako"
Predstavljajte si, kakšna katastrofa bi nas doletela, če bi jutri zakon termodinamike ali trije Newtonovi zakoni gibanja prenehali delovati. Moorov zakon kljub svojemu imenu ni univerzalni zakon te vrste. Namesto tega je opazen trend, kot je dejstvo, da Michael Bay izda novo Transformatorji film poleti — razen, veš, dobro.
Dva čipa Intel 8080 iz sedemdesetih (zgoraj levo), Intel 486 in Pentium iz let 1989 in 1992 (zgoraj desno), dvojedrni procesor Xeon 5100 iz leta 2006 in i7 8. generacije iz leta 2017.
Zakaj to omenjamo? Ker se Moorov zakon ne bo končal kar tako, kot bi nekdo izklopil gravitacijo. Samo zato, ker nimamo več podvojitve tranzistorjev na čipu vsakih 18 mesecev, še ne pomeni, da se bo napredek popolnoma ustavil. To samo pomeni, da bo hitrost izboljšav nekoliko počasnejša.
Predstavljajte si ga kot olje. Stvari, ki so lahko dostopne, smo dobili na površini, zdaj pa moramo uporabiti tehnologije, kot je fracking, da pridobimo dostop do virov, ki jih je težje dobiti.
Boljši algoritmi in programska oprema
Pomislite na tiste zvezdnike NFL ali NBA, ki zaslužijo toliko denarja, da jim ni treba skrbeti, ali bodo njihovi obstoječi prihranki trajali dlje. To je nekoliko grda, a še vedno ustrezna metafora za odnos med Moorovim zakonom in programsko opremo.
Iztiskanje več zmogljivosti iz istih čipov bo postalo veliko večja prioriteta.
Čeprav obstaja čudovito kodirana programska oprema, programerjem veliko časa ni bilo treba preveč skrbeti za racionalizacijo svojo kodo, da bo vsako leto manj počasen, ker vedo, da jo bodo računalniški procesorji prihodnje leto lahko poganjali boljše. Če pa Moorov zakon ne prinaša več istih napredkov, se na ta pristop ni več mogoče zanesti.
Iztiskanje večje zmogljivosti programske opreme iz istih čipov bo zato postalo veliko večja prioriteta. Za hitrost in učinkovitost to pomeni ustvarjanje boljših algoritmov. Poleg hitrosti, upajmo, da bo to pomenilo elegantnejšo programsko opremo z veliko osredotočenostjo na uporabniško izkušnjo, videz in občutek ter kakovost.
Tudi če bi se Moorov zakon jutri končal, bi optimizacija današnje programske opreme še vedno zagotavljala leta, če ne desetletja, rasti – tudi brez izboljšav strojne opreme.
Bolj specializirani čipi
Glede na to je eden od načinov za oblikovalce čipov, da premagajo upočasnitev napredka čipov za splošno uporabo, da namesto tega izdelajo vse bolj specializirane procesorje. Grafične procesorske enote (GPU) so le en primer tega. Uporabite lahko tudi specializirane procesorje po meri nevronske mreže, računalniški vid za samovozeči avtomobili, prepoznavanje glasuin naprave interneta stvari.
Ker se Moorov zakon upočasnjuje, bodo proizvajalci čipov povečali proizvodnjo specializiranih čipov. GPU-ji so na primer že gonilna sila računalniškega vida v avtonomnih avtomobilih in omrežjih med vozili in infrastrukturo.
Te posebne zasnove se lahko pohvalijo z vrsto izboljšav, kot je večja stopnja zmogljivosti na vat. Podjetja, ki so se odločila za ta prilagojeni voz, so vodilni na trgu Intel, Google, Wave Computing, Nvidia, IBM in druga.
Tako kot boljše programiranje upočasnitev napredka v proizvodnji sili oblikovalce čipov, da so bolj premišljeni, ko gre za sanje o novih arhitekturnih prebojih.
Ne gre več samo za čips
Moorov zakon se je rodil sredi šestdesetih let prejšnjega stoletja, četrt stoletja preden je računalniški znanstvenik Tim Berners-Lee izumil svetovni splet. Medtem ko je teorija od takrat veljala, se je v dobi povezanih naprav manj treba zanašati na lokalizirano obdelavo. Seveda, veliko funkcij na vašem računalniku, tablici ali pametni telefon se obdelajo na sami napravi, vendar jih vedno več.
Z računalništvom v oblaku je mogoče veliko težkega dela opraviti drugje.
Računalništvo v oblaku pomeni, da je veliko težkega dela za velike računalniške težave mogoče opraviti drugje podatkovnih centrov, ki uporabljajo masivne vzporedne sisteme, ki uporabljajo veliko, velikokratno število tranzistorjev v navadnem enem računalnik. To še posebej velja za A.I. intenzivna opravila, kot so pametni pomočniki, ki jih uporabljamo na naših napravah.
Tako, da se ta obdelava izvede drugje in se odgovor vrne v vaš lokalni računalnik, ko je izračunano lahko postanejo stroji eksponentno pametnejši, ne da bi jim bilo treba menjati procesorje vsakih 18 mesecev oz torej.
Novi materiali in konfiguracije
Silicijeva dolina si je to ime prislužila z razlogom, a raziskovalci so zaposleni z raziskovanjem prihodnjih čipov, ki bi lahko bili izdelani iz materialov, ki niso silicij.
Na primer, Intel opravlja neverjetno delo s tranzistorji, ki so vgrajeni v navzgor 3D vzorec, namesto da bi ležali ravno, da bi eksperimentirali z različnimi načini pakiranja tranzistorjev v vezje tabla. Drugi materiali, kot so tisti, ki temeljijo na elementih iz tretjega in petega stolpca periodnega sistema, bi lahko prevzeli silicij, ker so boljši prevodniki.
Trenutno ni jasno, ali bodo te snovi prilagodljive ali cenovno dostopne, vendar glede na skupno strokovno znanje najboljši v tehnološki industriji - in spodbuda, ki bo prišla zraven - naslednji polprevodniški material bi lahko bil tam zunaj čakanje.
Kvantno računalništvo
Kvantno računalništvo je verjetno najbolj »tam zunaj« ideja na tem seznamu. Je tudi najbolj drugi najbolj razburljiv. Kvantni računalniki so trenutno eksperimentalna in zelo draga tehnologija. So drugačna žival od binarnih digitalnih elektronskih računalnikov, ki jih poznamo in temeljijo na tranzistorjih.
Namesto kodiranja podatkov v bite, ki so 0 ali 1, se kvantno računalništvo ukvarja s kvantnimi biti, ki so lahko 0, 1 ter 0 in 1 hkrati. Kratka zgodba? Te superpozicije bi lahko naredile kvantne računalnike veliko hitrejše in učinkovitejše od trenutno obstoječih običajnih računalnikov.
Izdelava kvantnih računalnikov prinaša veliko izzivov (za eno stvar jih je treba ohranjati neverjetno hladne). Če pa lahko inženirji odpravijo to težavo, bomo morda lahko sprožili ogromen napredek s tako hitrim tempom, da bi se Gordonu Mooru zvrtelo v glavi.
Stvari, ki se jih še ne moremo domisliti
Zelo malo ljudi bi napovedovalo pametne telefone že v osemdesetih letih. Zamisel, da bi Google postal velikan, kakršen je, ali da bi spletno mesto za e-trgovino, kot je Amazon, postalo na dobri poti, da postane prvo podjetje z vrednostjo 1 bilijona dolarjev bi zvenelo noro na začetku devetdesetih.
Bistvo je, da ko gre za prihodnost računalništva, ne bomo trdili, da točno vemo, kaj je za vogalom. Da, trenutno je kvantno računalništvo videti kot veliko dolgoročno računalniško upanje po Moorovem zakonu, vendar obstaja verjetnost, da bodo računalniki čez nekaj desetletij izgledali popolnoma drugače od tistih, ki jih uporabljamo danes.
Ne glede na to, ali gre za nove konfiguracije strojev, čipe iz popolnoma novih materialov ali nove vrste subatomskih raziskav, novih načinov pakiranja tranzistorjev na čipe, verjamemo, da bo prihodnost računalništva – z vso iznajdljivostjo, ki jo vključuje – A-v redu.
Priporočila urednikov
- Nova kardiologija A.I. ve, če boš kmalu umrl. Zdravniki ne znajo pojasniti, kako deluje
