เหตุใดคอมพิวเตอร์สมัยใหม่จึงดีกว่าเครื่องเก่ามาก คำอธิบายหนึ่งเกี่ยวข้องกับความก้าวหน้าจำนวนมหาศาลที่เกิดขึ้นในด้านพลังการประมวลผลระดับไมโครในช่วงหลายทศวรรษที่ผ่านมา ประมาณทุกๆ 18 เดือน จำนวนทรานซิสเตอร์ที่สามารถบีบลงบนวงจรรวมจะเพิ่มขึ้นเป็นสองเท่า
เทรนด์นี้ถูกค้นพบครั้งแรกในปี 1965 โดย Gordon Moore ผู้ร่วมก่อตั้ง Intel และคนนิยมเรียกกันว่า “กฎของมัวร์” ผลลัพธ์ที่ได้ได้ขับเคลื่อนเทคโนโลยีไปข้างหน้าและเปลี่ยนให้เป็นอุตสาหกรรมที่มีมูลค่านับล้านล้านดอลลาร์ ซึ่งในนั้น ชิปที่ทรงพลังอย่างเหลือเชื่อสามารถพบได้ในทุกสิ่งตั้งแต่คอมพิวเตอร์ที่บ้าน รถยนต์ไร้คนขับ ไปจนถึงครัวเรือนอัจฉริยะ อุปกรณ์
วิดีโอแนะนำ
แต่กฎของมัวร์ไม่อาจดำเนินต่อไปได้อย่างไม่มีกำหนด อุตสาหกรรมเทคโนโลยีชั้นสูงอาจชอบการพูดถึงการเติบโตแบบก้าวกระโดดและการสิ้นสุดของ "การสิ้นสุดของ" ที่ขับเคลื่อนด้วยดิจิทัล ความขาดแคลน” แต่มีข้อจำกัดทางกายภาพต่อความสามารถในการลดขนาดของส่วนประกอบอย่างต่อเนื่อง ชิป
กฎของมัวร์คืออะไร?
กฎของมัวร์เป็นข้อสังเกตของกอร์ดอน มัวร์ ผู้ร่วมก่อตั้ง Intel ในปี 1965 โดยระบุว่าประมาณทุกๆ 18 เดือน จำนวนทรานซิสเตอร์ที่สามารถบีบลงบนวงจรรวมจะเพิ่มขึ้นสองเท่า”
ทรานซิสเตอร์หลายพันล้านตัวบนชิปรุ่นล่าสุดไม่สามารถมองเห็นได้ด้วยตามนุษย์ หากกฎของมัวร์ดำเนินต่อไปจนถึงปี 2050 วิศวกรจะต้องสร้างทรานซิสเตอร์จากส่วนประกอบที่มีขนาดเล็กกว่าไฮโดรเจนเพียงอะตอมเดียว นอกจากนี้ บริษัทยังมีราคาแพงมากขึ้นเรื่อยๆ ในการตามทัน การสร้างโรงงานผลิตชิปใหม่มีค่าใช้จ่ายหลายพันล้าน
จากปัจจัยเหล่านี้ หลายๆ คนคาดการณ์ว่ากฎของมัวร์จะค่อยๆ หายไปในช่วงต้นปี 2020 เมื่อชิปมีส่วนประกอบที่ห่างกันเพียงประมาณ 5 นาโนเมตร จะเกิดอะไรขึ้นหลังจากนั้น? ความก้าวหน้าทางเทคโนโลยีหยุดชะงักราวกับว่าเราติดอยู่ในปัจจุบันโดยใช้พีซี Windows 95 เครื่องเดียวกับที่เราเป็นเจ้าของเมื่อสองสามทศวรรษที่แล้วหรือไม่?
ไม่เชิง. ต่อไปนี้เป็นเหตุผลเจ็ดประการว่าทำไมการสิ้นสุดของกฎของมัวร์ไม่ได้หมายถึงการสิ้นสุดของความก้าวหน้าทางคอมพิวเตอร์ดังที่เราทราบ
กฎของมัวร์จะไม่สิ้นสุด 'เช่นนั้น'
ลองนึกภาพความหายนะที่จะเกิดขึ้นกับเราหากพรุ่งนี้กฎของอุณหพลศาสตร์หรือกฎการเคลื่อนที่สามข้อของนิวตันหยุดทำงาน กฎของมัวร์ แม้จะชื่อนี้ แต่ก็ไม่ใช่กฎสากลประเภทนี้ แต่เป็นเทรนด์ที่สังเกตได้เหมือนกับที่ Michael Bay มีแนวโน้มที่จะออกเทรนด์ใหม่ หม้อแปลงไฟฟ้า ภาพยนตร์ในช่วงฤดูร้อน - ยกเว้นคุณก็รู้ดี
ชิป Intel 8080 สองตัวจากปี 1970 (ซ้ายบน), Intel 486 และ Pentium จากปี 1989 และ 1992 (ขวาบน), Dual-Core Xeon Processor 5100 จากปี 2006 และ i7 8th Generation จากปี 2017
ทำไมเราถึงนำเรื่องนี้ขึ้นมา? เพราะกฎของมัวร์ไม่ได้จบลงเหมือนคนปิดแรงโน้มถ่วง เพียงเพราะว่าเราไม่มีทรานซิสเตอร์บนชิปเพิ่มขึ้นสองเท่าทุกๆ 18 เดือนอีกต่อไป ไม่ได้หมายความว่าความก้าวหน้าจะหยุดลงโดยสิ้นเชิง มันแค่หมายความว่าความเร็วของการปรับปรุงจะเกิดขึ้นช้าลงเล็กน้อย
ลองนึกภาพมันเหมือนน้ำมัน เราได้รับสิ่งที่เข้าถึงได้ง่ายจากภายนอกแล้ว ตอนนี้เราจำเป็นต้องใช้เทคโนโลยี เช่น fracking เพื่อเข้าถึงทรัพยากรที่ยากต่อการได้มา
อัลกอริธึมและซอฟต์แวร์ที่ดีกว่า
ลองนึกถึงดารา NFL หรือ NBA ที่ทำเงินได้มากจนไม่ต้องกังวลว่าเงินออมที่มีอยู่จะคงอยู่ได้นานขึ้น นั่นเป็นการเปรียบเทียบความสัมพันธ์ระหว่างกฎของมัวร์กับซอฟต์แวร์ที่ค่อนข้างยุ่งเล็กน้อย แต่ก็ยังมีความเกี่ยวข้อง
การบีบประสิทธิภาพที่มากขึ้นจากชิปตัวเดิมจะกลายเป็นเรื่องสำคัญที่สูงกว่ามาก
แม้ว่าจะมีซอฟต์แวร์ที่ได้รับการเข้ารหัสอย่างสวยงาม แต่โปรแกรมเมอร์จำนวนมากก็ไม่ต้องกังวลมากเกินไปเกี่ยวกับการปรับปรุงประสิทธิภาพ รหัสของพวกเขาเพื่อทำให้ซบเซาน้อยลงทุกปี เพราะพวกเขารู้ว่าโปรเซสเซอร์คอมพิวเตอร์ในปีหน้าจะสามารถรันได้ ดีกว่า. หากกฎของมัวร์ไม่ก้าวหน้าเหมือนเดิมอีกต่อไป แนวทางนี้ก็ไม่สามารถพึ่งพาได้อีกต่อไป
การบีบประสิทธิภาพของซอฟต์แวร์ให้มากขึ้นจากชิปตัวเดียวกันจึงกลายเป็นเรื่องสำคัญที่สูงกว่ามาก เพื่อความรวดเร็วและประสิทธิภาพ นั่นหมายถึงการสร้างอัลกอริทึมที่ดีขึ้น นอกเหนือจากความเร็วแล้ว หวังว่ามันจะหมายถึงซอฟต์แวร์ที่หรูหรายิ่งขึ้น โดยให้ความสำคัญกับประสบการณ์ผู้ใช้ รูปลักษณ์ และคุณภาพในระดับดีเยี่ยม
แม้ว่ากฎของมัวร์จะสิ้นสุดในวันพรุ่งนี้ แต่การปรับซอฟต์แวร์ให้เหมาะสมในปัจจุบันยังคงให้การเติบโตหลายปีหรือหลายสิบปี แม้ว่าจะไม่มีการปรับปรุงฮาร์ดแวร์ก็ตาม
ชิปพิเศษเพิ่มเติม
ด้วยเหตุนี้ วิธีหนึ่งที่นักออกแบบชิปจะเอาชนะความก้าวหน้าที่ช้าลงในชิปเอนกประสงค์ก็คือการสร้างโปรเซสเซอร์พิเศษเพิ่มมากขึ้นแทน หน่วยประมวลผลกราฟิก (GPU) เป็นเพียงตัวอย่างหนึ่งของสิ่งนี้ สามารถใช้โปรเซสเซอร์พิเศษแบบกำหนดเองได้เช่นกัน โครงข่ายประสาทเทียม,คอมพิวเตอร์วิทัศน์สำหรับ รถยนต์ที่ขับเคลื่อนด้วยตนเอง, การจดจำเสียงและอุปกรณ์ Internet of Things
เมื่อกฎของมัวร์ช้าลง ผู้ผลิตชิปจะเพิ่มการผลิตชิปเฉพาะทาง ตัวอย่างเช่น GPU เป็นแรงผลักดันสำหรับคอมพิวเตอร์วิทัศน์ในรถยนต์ไร้คนขับและยานพาหนะไปจนถึงเครือข่ายโครงสร้างพื้นฐาน
การออกแบบพิเศษเหล่านี้สามารถปรับปรุงได้หลายอย่าง เช่น ระดับประสิทธิภาพต่อวัตต์ที่สูงขึ้น บริษัทต่างๆ ที่กระโดดเข้าสู่กลุ่มลูกค้าแบบกำหนดเองนี้ ได้แก่ ผู้นำตลาด Intel, Google, Wave Computing, Nvidia, IBM และอีกมากมาย
เช่นเดียวกับการเขียนโปรแกรมที่ดีขึ้น การชะลอตัวของความก้าวหน้าทางการผลิตทำให้นักออกแบบชิปต้องรอบคอบมากขึ้นเมื่อต้องฝันถึงความก้าวหน้าทางสถาปัตยกรรมใหม่ๆ
มันไม่ได้เกี่ยวกับชิปอีกต่อไป
กฎของมัวร์ถือกำเนิดขึ้นในช่วงกลางทศวรรษ 1960 หรือหนึ่งในสี่ศตวรรษก่อนที่นักวิทยาศาสตร์คอมพิวเตอร์ ทิม เบอร์เนอร์ส-ลี จะคิดค้นเวิลด์ไวด์เว็บ แม้ว่าทฤษฎีนี้จะเป็นจริงนับตั้งแต่นั้นมา แต่ก็ยังไม่จำเป็นต้องพึ่งพาการประมวลผลแบบท้องถิ่นในยุคของอุปกรณ์ที่เชื่อมต่ออีกด้วย แน่นอนว่ามีฟังก์ชันมากมายบนพีซี แท็บเล็ต หรือของคุณ สมาร์ทโฟน ได้รับการประมวลผลบนอุปกรณ์ของตัวเอง แต่ไม่ได้มีจำนวนเพิ่มมากขึ้น
ด้วยการประมวลผลแบบคลาวด์ การยกของหนักจำนวนมากสามารถดำเนินการที่อื่นได้
การประมวลผลแบบคลาวด์หมายความว่าการยกภาระหนักจำนวนมากสำหรับปัญหาการประมวลผลขนาดใหญ่สามารถดำเนินการในที่อื่นได้ ศูนย์ข้อมูลโดยใช้ระบบขนานขนาดใหญ่ซึ่งใช้จำนวนทรานซิสเตอร์มากกว่าปกติหลายเท่า คอมพิวเตอร์. โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับ A.I. งานที่ต้องทำงานหนัก เช่น ผู้ช่วยอัจฉริยะที่เราใช้งานบนอุปกรณ์ของเรา
โดยให้ดำเนินการประมวลผลที่อื่น และส่งคำตอบกลับไปยังเครื่องในพื้นที่ของคุณเมื่อเป็นเช่นนั้น เมื่อคำนวณแล้ว เครื่องจักรจะฉลาดขึ้นแบบทวีคูณโดยไม่ต้องเปลี่ยนโปรเซสเซอร์ทุกๆ 18 เดือนหรือ ดังนั้น.
วัสดุและการกำหนดค่าใหม่
Silicon Valley ได้รับชื่อด้วยเหตุผล แต่นักวิจัยกำลังยุ่งอยู่กับการตรวจสอบชิปในอนาคตซึ่งอาจทำจากวัสดุอื่นที่ไม่ใช่ซิลิคอน
ตัวอย่างเช่น Intel กำลังทำผลงานที่น่าทึ่งกับทรานซิสเตอร์ที่สร้างขึ้นในรูปแบบ 3 มิติที่สูงขึ้น แทนที่จะวางราบเพื่อทดลองวิธีต่างๆ ในการแพ็คทรานซิสเตอร์ลงบนวงจร กระดาน. วัสดุอื่นๆ เช่น วัสดุที่มีองค์ประกอบจากคอลัมน์ที่สามและห้าของตารางธาตุอาจเข้ามาแทนที่ซิลิคอนได้เนื่องจากเป็นตัวนำที่ดีกว่า
ขณะนี้ยังไม่ชัดเจนว่าสารเหล่านี้จะปรับขนาดได้หรือราคาไม่แพง แต่เมื่อพิจารณาจากความเชี่ยวชาญที่ผสมผสานกันของ สิ่งที่ดีที่สุดของอุตสาหกรรมเทคโนโลยี - และแรงจูงใจที่จะตามมา - วัสดุเซมิคอนดักเตอร์ตัวต่อไปอาจอยู่ที่นั่น ซึ่งรอคอย.
การคำนวณควอนตัม
การคำนวณควอนตัม น่าจะเป็นแนวคิดที่ "ออกไปข้างนอก" มากที่สุดในรายการนี้ นอกจากนี้ยังเป็นเรื่องที่น่าตื่นเต้นเป็นอันดับสองอีกด้วย ขณะนี้คอมพิวเตอร์ควอนตัมเป็นเทคโนโลยีทดลองและมีราคาแพงมาก พวกมันเป็นสัตว์ที่แตกต่างจากคอมพิวเตอร์อิเล็กทรอนิกส์ดิจิทัลแบบไบนารีที่เรารู้จัก ซึ่งมีพื้นฐานมาจากทรานซิสเตอร์
แทนที่จะเข้ารหัสข้อมูลเป็นบิตที่เป็น 0 หรือ 1 การประมวลผลควอนตัมจะจัดการกับบิตควอนตัมซึ่งอาจเป็น 0, 1 และทั้ง 0 และ 1 ในเวลาเดียวกัน เรื่องสั้นเรื่องยาว? การซ้อนทับเหล่านี้อาจทำให้คอมพิวเตอร์ควอนตัมเร็วขึ้นและมีประสิทธิภาพมากกว่าคอมพิวเตอร์กระแสหลักที่มีอยู่ในปัจจุบัน
การสร้างคอมพิวเตอร์ควอนตัมนั้นมีความท้าทายมากมาย (สิ่งหนึ่งจำเป็นต้องทำให้คอมพิวเตอร์เย็นอย่างไม่น่าเชื่อ) อย่างไรก็ตาม หากวิศวกรสามารถแก้ไขปัญหานี้ได้ เราอาจสามารถกระตุ้นความก้าวหน้ามหาศาลได้อย่างรวดเร็วมากจนอาจทำให้ Gordon Moore เวียนหัวได้
เรื่องที่เรายังคิดไม่ออก
น้อยคนนักที่จะคาดเดาสมาร์ทโฟนได้ในช่วงทศวรรษ 1980 ความคิดที่ว่า Google จะกลายเป็นยักษ์ใหญ่อย่างที่เป็นหรือว่าเว็บไซต์อีคอมเมิร์ซอย่าง Amazon จะเป็นได้ มุ่งสู่การเป็นบริษัทแรกที่มีมูลค่า 1 ล้านล้านดอลลาร์ คงจะฟังดูบ้าไปแล้วเมื่อต้นทศวรรษ 1990
ประเด็นก็คือ เมื่อพูดถึงอนาคตของการประมวลผล เราจะไม่อ้างว่ารู้แน่ชัดว่ามีอะไรเกิดขึ้นบ้าง ใช่ ขณะนี้การประมวลผลแบบควอนตัมดูเหมือนเป็นความหวังที่ยิ่งใหญ่ในระยะยาวของคอมพิวเตอร์หลังกฎของมัวร์ แต่มีโอกาสที่ในอีกไม่กี่ทศวรรษคอมพิวเตอร์จะดูแตกต่างไปจากที่เราใช้ในปัจจุบันอย่างสิ้นเชิง
ไม่ว่าจะเป็นการกำหนดค่าใหม่ของเครื่องจักร ชิปที่ทำจากวัสดุใหม่ทั้งหมด หรือการวิจัยย่อยอะตอมรูปแบบใหม่ที่เปิดขึ้น แนวทางใหม่ในการบรรจุทรานซิสเตอร์ลงบนชิป เราเชื่อว่าอนาคตของการประมวลผล — ด้วยความเฉลียวฉลาดทั้งหมดที่เกี่ยวข้อง — จะเป็น เอ-โอเค
คำแนะนำของบรรณาธิการ
- โรคหัวใจใหม่ A.I. รู้ว่าคุณจะตายในไม่ช้า แพทย์ไม่สามารถอธิบายวิธีการทำงานได้
