Чому сучасні комп’ютери набагато кращі за старі? Одне з пояснень пов’язане з величезною кількістю досягнень мікропроцесорної потужності за останні кілька десятиліть. Приблизно кожні 18 місяців кількість транзисторів, які можна втиснути в інтегральну схему, подвоюється.
Ця тенденція була вперше помічена в 1965 році співзасновником Intel Гордоном Муром, і в народі її називають «Закон Мура.” Результати просунули технологію вперед і перетворили її на індустрію в трильйони доларів, в якій неймовірно потужні мікросхеми можна знайти в усьому, від домашніх комп’ютерів до автономних автомобілів до розумного домогосподарства пристроїв.
Рекомендовані відео
Але закон Мура може не діяти нескінченно. Індустрії високих технологій можуть сподобатися її розмови про експоненціальне зростання та цифровий «кінець». дефіцит», але існують фізичні обмеження на можливість постійного зменшення розміру компонентів чіп.
Що таке закон Мура?
Закон Мура — це спостереження, зроблене співзасновником Intel Гордоном Муром у 1965 році. Там стверджується, що приблизно кожні 18 місяців кількість транзисторів, які можна втиснути в інтегральну схему, подвоюється».
Мільярди транзисторів на новітніх мікросхемах уже невидимі для людського ока. Якщо закон Мура діятиме до 2050 року, інженерам доведеться створювати транзистори з компонентів, розмір яких менше одного атома водню. Компаніям також стає все дорожче йти в ногу. Будівництво заводів з виготовлення нових мікросхем коштує мільярди.
Через ці фактори багато людей прогнозують, що закон Мура припинить свою дію на початку 2020-х років, коли чіпи будуть мати компоненти, відстань між якими становить лише близько 5 нанометрів. Що відбувається після цього? Чи технічний прогрес зупиняється, ніби ми сьогодні застрягли на тому самому ПК з Windows 95, яким володіли кілька десятиліть тому?
Не зовсім. Ось сім причин, чому кінець закону Мура не означає кінець обчислювального прогресу, яким ми його знаємо.
Закон Мура не закінчиться «просто так»
Уявіть собі лихо, яке спіткало б нас, якби завтра закон термодинаміки або три закони руху Ньютона перестали діяти. Закон Мура, незважаючи на свою назву, не є універсальним законом такого роду. Натомість це помітна тенденція, як той факт, що Майкл Бей має тенденцію випускати новий трансформери фільм влітку — крім, знаєте, хорошого.
Два чіпи Intel 8080 1970-х років (угорі ліворуч), Intel 486 і Pentium 1989 і 1992 років (угорі праворуч), двоядерний процесор Xeon 5100 2006 року та i7 8-го покоління 2017 року.
Чому ми це згадуємо? Тому що закон Мура не закінчиться так, як хтось вимкне гравітацію. Те, що ми більше не маємо подвоєння транзисторів на чіпі кожні 18 місяців, не означає, що прогрес повністю зупиниться. Це просто означає, що швидкість покращень відбуватиметься трохи повільніше.
Уявіть це як масло. Ми отримали легкодоступні речі на поверхні, тепер нам потрібно використовувати такі технології, як фрекінг, щоб отримати доступ до ресурсів, які важко отримати.
Кращі алгоритми та програмне забезпечення
Подумайте про тих зірок НФЛ чи НБА, які заробляють стільки грошей, що їм не потрібно турбуватися про те, щоб зберегти свої наявні заощадження. Це трохи заплутана, але все ж доречна метафора про зв’язок між законом Мура та програмним забезпеченням.
Витискання більшої продуктивності з тих самих чіпів стане набагато більш пріоритетним.
Хоча існує чудово закодоване програмне забезпечення, багато часу програмістам не доводиться надто турбуватися про оптимізацію їхній код, щоб рік за роком робити його менш повільним, тому що вони знають, що комп’ютерні процесори наступного року зможуть його запускати краще. Проте, якщо закон Мура більше не дає таких же успіхів, на цей підхід більше не можна покладатися.
Таким чином, вичавлення більшої продуктивності програмного забезпечення з тих самих чіпів стане набагато більш пріоритетним. Для швидкості та ефективності це означає створення кращих алгоритмів. Крім швидкості, сподіваюся, це означатиме більш елегантне програмне забезпечення з великим рівнем уваги до взаємодії з користувачем, зовнішнього вигляду та якості.
Навіть якби закон Мура закінчився завтра, оптимізація сьогоднішнього програмного забезпечення все одно забезпечила б роки, якщо не десятиліття, зростання — навіть без удосконалення апаратного забезпечення.
Більш спеціалізовані мікросхеми
Зважаючи на це, один із способів для розробників чіпів подолати уповільнення прогресу в чіпах загального призначення — це створювати дедалі більше спеціалізованих процесорів. Графічні процесори (GPU) є лише одним із прикладів цього. Також можна використовувати спеціальні спеціалізовані процесори нейронні мережі, комп'ютерний зір для безпілотні автомобілі, розпізнавання голосута пристрої Інтернету речей.
Оскільки закон Мура сповільнюється, виробники мікросхем будуть нарощувати виробництво спеціалізованих мікросхем. Наприклад, графічні процесори вже є рушійною силою комп’ютерного бачення в автономних автомобілях і транспортних засобах для інфраструктурних мереж.
Ці спеціальні конструкції можуть похвалитися цілою низкою вдосконалень, наприклад більш високими рівнями продуктивності на ват. Компанії, які стрибають на цю нестандартну перемогу, включають лідера ринку Intel, Google, Wave Computing, Nvidia, IBM та інші.
Подібно до кращого програмування, уповільнення розвитку виробництва змушує розробників чіпів бути більш уважними, коли справа доходить до мрій про нові архітектурні прориви.
Це вже не лише чіпси
Закон Мура народився в середині 1960-х років, за чверть століття до того, як вчений-інформатик Тім Бернерс-Лі винайшов Всесвітню павутину. Хоча ця теорія з тих пір залишається вірною, в епоху підключених пристроїв також менше потреби покладатися на локалізовану обробку. Звичайно, багато функцій на вашому ПК, планшеті чи смартфон обробляються на самому пристрої, але зростає кількість ні.
Завдяки хмарним обчисленням багато важких завдань можна виконувати деінде.
Хмарні обчислення означають, що багато важких завдань для вирішення великих обчислювальних проблем можна виконувати в іншому місці центри обробки даних, що використовують масивні паралельні системи, які використовують багато-багато разів більше транзисторів у звичайному одному комп'ютер. Особливо це стосується А.І. інтенсивні завдання, наприклад розумні помічники, які ми використовуємо на своїх пристроях.
Завдяки тому, що ця обробка виконується в іншому місці, а відповідь повертається на ваш локальний комп’ютер, коли вона надходить Підраховано, що машини можуть експоненціально ставати розумнішими без необхідності змінювати процесори кожні 18 місяців або так.
Нові матеріали та конфігурації
Кремнієва долина отримала свою назву недарма, але дослідники зайняті дослідженням майбутніх чіпів, які можуть бути виготовлені з інших матеріалів, ніж кремній.
Наприклад, Intel робить дивовижну роботу з транзисторами, які побудовані у висхідному 3D шаблон замість того, щоб розташовуватись плоско, щоб експериментувати з різними способами упаковки транзисторів у схему дошка. Інші матеріали, наприклад ті, що базуються на елементах третього та п’ятого стовпців періодичної таблиці, можуть замінити кремній, оскільки вони є кращими провідниками.
Наразі неясно, чи будуть ці речовини масштабованими чи доступними, але враховуючи сукупний досвід найкращий у технологічній галузі — і стимул, який буде супроводжувати це — наступний напівпровідниковий матеріал може з’явитися очікування.
Квантові обчислення
Квантові обчислення це, мабуть, найбільш «там» ідея в цьому списку. Це також другий за захоплюючим. Зараз квантові комп’ютери є експериментальною та дуже дорогою технологією. Вони відрізняються від відомих нам бінарних цифрових електронних комп’ютерів, які засновані на транзисторах.
Замість кодування даних у біти, які дорівнюють 0 або 1, квантові обчислення мають справу з квантовими бітами, які можуть бути 0, 1, а також 0 і 1 одночасно. Коротше кажучи? Ці суперпозиції можуть зробити квантові комп’ютери набагато швидшими та ефективнішими, ніж існуючі в даний час основні комп’ютери.
Створення квантових комп’ютерів пов’язане з багатьма проблемами (з одного боку, їх потрібно тримати неймовірно холодними). Однак, якщо інженери зможуть вирішити цю проблему, ми зможемо запустити величезний прогрес у такому швидкому темпі, що Гордону Муру закрутить голову.
Речі, про які ми ще не можемо придумати
Мало хто міг передбачити смартфони ще в 1980-х роках. Ідея про те, що Google стане гігантом, яким він є, або що такий веб-сайт електронної комерції, як Amazon, стане на шляху до того, щоб стати першою компанією в 1 трильйон доларів прозвучало б божевільно на початку 1990-х.
Справа в тому, що, коли справа доходить до майбутнього обчислювальної техніки, ми не будемо стверджувати, що точно знаємо, що нас чекає за рогом. Так, наразі квантові обчислення виглядають як велика довгострокова обчислювальна надія після закону Мура, але ймовірно, що через кілька десятиліть комп’ютери виглядатимуть зовсім інакше, ніж ті, які ми використовуємо сьогодні.
Чи то нові конфігурації машин, мікросхеми, виготовлені з абсолютно нових матеріалів, чи нові типи субатомних досліджень, які відкривають нові способи упаковки транзисторів у чіпи, ми віримо, що майбутнє обчислювальної техніки — з усією винахідливістю, яку це передбачає — буде А-гаразд.
Рекомендації редакції
- Нова кардіологія А.І. знає, чи скоро ти помреш. Лікарі не можуть пояснити, як це працює
