Varför är moderna datorer så mycket bättre än gamla? En förklaring relaterar till det enorma antal framsteg som har skett inom mikroprocessorkraft under de senaste decennierna. Ungefär var 18:e månad fördubblas antalet transistorer som kan klämmas på en integrerad krets.
Denna trend upptäcktes först 1965 av Intels grundare Gordon Moore, och kallas populärt för "Moores lag.” Resultaten har drivit tekniken framåt och förvandlat den till en biljonindustri, där ofattbart kraftfulla chips finns i allt från hemdatorer till autonoma bilar till smarta hushåll enheter.
Rekommenderade videor
Men Moores lag kanske inte kan fortsätta på obestämd tid. Den högteknologiska industrin kanske älskar sitt tal om exponentiell tillväxt och en digitalt driven "slut på knapphet”, men det finns fysiska gränser för möjligheten att kontinuerligt krympa storleken på komponenter på ett chip.
Vad är Moores lag?
Moores lag är en observation gjord av Intels grundare Gordon Moore 1965. Den säger att ungefär var 18:e månad fördubblas antalet transistorer som kan klämmas på en integrerad krets."
Redan miljarderna transistorer på de senaste chipsen är osynliga för det mänskliga ögat. Om Moores lag skulle fortsätta till 2050 måste ingenjörer bygga transistorer av komponenter som är mindre än en enda väteatom. Det blir också allt dyrare för företag att hänga med. Att bygga tillverkningsanläggningar för nya flis kostar miljarder.
Som ett resultat av dessa faktorer förutspår många att Moores lag kommer att försvinna någon gång i början av 2020-talet, när chips innehåller komponenter som bara är cirka 5 nanometer från varandra. Vad händer efter det? Stannas tekniska framsteg, som om vi hade fastnat idag med samma Windows 95-dator som vi ägde för ett par decennier sedan?
Inte riktigt. Här är sju anledningar till varför slutet på Moores lag inte kommer att innebära slutet på beräkningsframsteg som vi känner det.
Moores lag kommer inte att sluta "bara så"
Föreställ dig katastrofen som skulle drabba oss om termodynamikens lag eller Newtons tre rörelselagar i morgon upphörde att fungera. Moores lag är, trots sitt namn, inte en universell lag av detta slag. Istället är det en observerbar trend som det faktum att Michael Bay tenderar att släppa en ny Transformatorer film på sommaren — förutom, du vet, bra.
Två Intel 8080-chips från 1970-talet (överst till vänster), Intel 486 och Pentium från 1989 och 1992 (överst till höger), Dual-Core Xeon-processorn 5100 från 2006 och i7 8:e generationen från 2017.
Varför tar vi upp detta? För Moores lag kommer inte bara att sluta som att någon stänger av gravitationen. Bara för att vi inte längre har en fördubbling av transistorer på ett chip var 18:e månad betyder det inte att framstegen kommer att stanna helt. Det betyder bara att förbättringshastigheten kommer att ske lite långsammare.
Föreställ dig det som olja. Vi har fått de lättillgängliga sakerna på ytan, nu måste vi använda tekniker som fracking för att få tillgång till de svårare resurserna.
Bättre algoritmer och mjukvara
Tänk på de NFL- eller NBA-stjärnorna som tjänar så mycket pengar att de inte behöver oroa sig för att få sina befintliga besparingar att räcka längre. Det är en lite rörig, men fortfarande relevant, metafor för förhållandet mellan Moores lag och programvara.
Att pressa mer prestanda ur samma marker kommer att bli en mycket högre prioritet.
Även om det finns vackert kodad programvara där ute, har programmerare ofta inte behövt oroa sig för mycket om att effektivisera deras kod för att göra den mindre trög år efter år eftersom de vet att nästa års datorprocessorer kommer att kunna köra den bättre. Om Moores lag inte längre gör samma framsteg, kan detta tillvägagångssätt inte längre litas på.
Att pressa ut mer mjukvaruprestanda ur samma chips kommer därför att bli en mycket högre prioritet. För hastighet och effektivitet innebär det att skapa bättre algoritmer. Utöver hastighet, förhoppningsvis kommer det att innebära mer elegant programvara med en stor nivå av fokus på användarupplevelse, utseende och kvalitet.
Även om Moores lag skulle upphöra i morgon, skulle optimering av dagens mjukvara fortfarande ge år, om inte årtionden, av tillväxt – även utan hårdvaruförbättringar.
Mer specialiserade marker
Med det sagt, ett sätt för chipdesigners att övervinna avmattningen av framstegen inom allmänna kretsar är att istället tillverka allt mer specialiserade processorer. Graphics Processing Units (GPU) är bara ett exempel på detta. Anpassade specialiserade processorer kan också användas för neurala nätverk, datorseende för självkörande bilar, röstigenkänningoch Internet of Things-enheter.
När Moores lag saktar ner kommer chiptillverkarna att öka produktionen på specialiserade chips. GPU: er är till exempel redan en drivkraft för datorseende i autonoma bilar och fordon till infrastrukturnätverk.
Dessa specialdesigner kan skryta med en rad förbättringar, såsom högre prestandanivåer per watt. Företag som hoppar på den här anpassade tåget inkluderar marknadsledande Intel, Google, Wave Computing, Nvidia, IBM och mer.
Precis som bättre programmering tvingar nedgången i tillverkningsframsteg chipdesigners att vara mer eftertänksamma när det gäller att drömma om nya arkitektoniska genombrott.
Det handlar inte längre bara om chipsen
Moores lag föddes i mitten av 1960-talet, ett kvartssekel innan datavetaren Tim Berners-Lee uppfann World Wide Web. Även om teorin har hållit sann ända sedan dess, finns det också mindre behov av att förlita sig på lokaliserad bearbetning i en tid av anslutna enheter. Visst, många av funktionerna på din PC, surfplatta eller smartphone bearbetas på själva enheten, men ett växande antal gör det inte.
Med Cloud computing kan mycket av de tunga lyften utföras någon annanstans.
Cloud computing innebär att mycket av de tunga lyften för stora beräkningsproblem kan utföras någon annanstans i stora datacenter, som använder massivt parallella system som använder många, många gånger antalet transistorer i en vanlig singel dator. Det gäller särskilt för A.I. intensiva uppgifter, som de smarta assistenterna vi använder på våra enheter.
Genom att denna bearbetning utförs någon annanstans, och svaret levereras tillbaka till din lokala maskin när det är beräknat kan maskiner bli exponentiellt smartare utan att behöva byta processor var 18:e månad eller så.
Nya material och konfigurationer
Silicon Valley fick sitt namn av en anledning, men forskare är upptagna med att undersöka framtida chips som kan vara gjorda av andra material än kisel.
Till exempel gör Intel ett fantastiskt arbete med transistorer som är byggda i en uppåtgående 3D mönster istället för att lägga sig platt för att experimentera med olika sätt att packa transistorer på en krets styrelse. Andra material som de baserade på grundämnen från tredje och femte kolumnen i det periodiska systemet skulle kunna ta över från kisel eftersom de är bättre ledare.
Just nu är det inte klart om dessa ämnen kommer att vara skalbara eller överkomliga, men med tanke på den kombinerade expertis tekniska industrins bästa - och det incitament som kommer att följa med det - nästa halvledarmaterial kan finnas där ute väntar.
Kvantberäkning
Kvantberäkning är förmodligen den mest "där ute" idén på den här listan. Det är också det mest näst mest spännande. Kvantdatorer är just nu en experimentell och mycket dyr teknik. De är ett annat djur än de binära digitala elektroniska datorer vi känner, som är baserade på transistorer.
Istället för att koda data till bitar som är antingen 0 eller 1, hanterar kvantberäkning kvantbitar, som kan vara 0, 1 och både 0 och 1 samtidigt. Lång historia kort? Dessa superpositioner kan göra kvantdatorer mycket snabbare och effektivare än nuvarande vanliga datorer.
Att göra kvantdatorer medför många utmaningar (de måste hållas otroligt kalla för en sak). Men om ingenjörer kan lösa det här problemet kanske vi kan utlösa enorma framsteg i en takt så snabb att det skulle få Gordon Moores huvud att snurra.
Saker vi inte kan komma på ännu
Väldigt få människor skulle ha förutspått smartphones redan på 1980-talet. Tanken att Google skulle bli den jätte som det är eller att en e-handelswebbplats som Amazon skulle bli på väg att bli det första företaget på 1 biljon dollar skulle ha låtit galet i början av 1990-talet.
Poängen är att när det kommer till framtidens datorer kommer vi inte att göra anspråk på att vi vet exakt vad som finns runt hörnet. Ja, just nu ser kvantberäkning ut som det stora långsiktiga datorhoppet efter Moores lag, men chansen är stor att om några decennier kommer datorer att se helt annorlunda ut än de vi använder idag.
Oavsett om det är nya konfigurationer av maskiner, chips gjorda av helt nya material eller nya typer av subatomär forskning som öppnar upp nya sätt att packa transistorer på chips, tror vi att framtidens datorer – med all den uppfinningsrikedom det innebär – kommer att vara A-okej.
Redaktörens rekommendationer
- Ny kardiologi A.I. vet om du kommer att dö snart. Läkare kan inte förklara hur det fungerar
