Wir sprechen von zwei Regeln, die ebenfalls an Bedeutung verlieren.
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Moores Gesetz wurde vor mehr als fünfzig Jahren formuliert. Während dieser Zeit blieb er größtenteils fair. Auch heute noch nimmt die Dichte der Transistoren auf einem Chip beim Übergang von einem technologischen Prozess zum anderen zu . Es gibt jedoch ein Problem: Die Geschwindigkeit der Entwicklung neuer technologischer Prozesse verlangsamt sich.
Beispielsweise hat Intel die Massenproduktion seiner 10-nm-Ice-Lake-Prozessoren lange hinausgezögert. Während der IT-Riese nächsten Monat mit der Auslieferung von Geräten beginnen wird, erfolgte die Architekturankündigung erst vor etwa einem Jahr Jahre zuvor. Ebenfalls im vergangenen August veröffentlichte der Hersteller integrierter Schaltkreise GlobalFoundries, der mit AMD zusammenarbeitete, 7-nm-technische Prozesse (mehr zu den Gründen für diese Entscheidung finden Sie hier). auf Habré).
и Es ist Jahre her, seit sie den Tod von Moores Gesetz vorhergesagt haben. Sogar Gordon selbst dass die von ihm formulierte Regel nicht mehr gelten wird. Allerdings ist das Mooresche Gesetz nicht das einzige Muster, das an Relevanz verliert und dem Prozessorhersteller folgen.
Dennards Skalierungsgesetz
Es wurde 1974 vom Ingenieur und Entwickler des dynamischen Speicher-DRAM Robert Dennard zusammen mit Kollegen von IBM formuliert. Die Regel sieht so aus:
„Indem wir die Größe des Transistors reduzieren und die Taktrate des Prozessors erhöhen, können wir seine Leistung leicht steigern.“
Dennards Regel etablierte die Reduzierung der Leiterbreite (technischer Prozess) als Hauptindikator für den Fortschritt in der Mikroprozessortechnikindustrie. Aber das Skalierungsgesetz von Dennard hörte etwa 2006 auf zu funktionieren. Die Zahl der Transistoren in Chips nimmt weiter zu, aber diese Tatsache zur Geräteleistung.
Vertreter von TSMC (Halbleiterhersteller) sagen beispielsweise, dass der Übergang von der 7-nm- zur 5-nm-Prozesstechnologie erfolgt Prozessortaktgeschwindigkeit um nur 15 %.
Der Grund für die Verlangsamung des Frequenzwachstums sind Stromverluste, die Dennard Ende der 70er Jahre nicht berücksichtigte. Wenn die Größe des Transistors abnimmt und die Frequenz zunimmt, beginnt der Strom, den Mikroschaltkreis stärker zu erhitzen, was ihn beschädigen kann. Daher müssen Hersteller die vom Prozessor zugewiesene Leistung ausgleichen. Aus diesem Grund ist seit 2006 die Frequenz serienmäßig hergestellter Chips auf 4–5 GHz festgelegt.
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Heute arbeiten Ingenieure an neuen Technologien, die das Problem lösen und die Leistung von Mikroschaltungen steigern. Zum Beispiel Spezialisten aus Australien ein Metall-Luft-Transistor mit einer Frequenz von mehreren hundert Gigahertz. Der Transistor besteht aus zwei Metallelektroden, die als Drain und Source fungieren und sich in einem Abstand von 35 nm befinden. Aufgrund des Phänomens tauschen sie Elektronen untereinander aus .
Laut den Entwicklern wird ihr Gerät es ermöglichen, mit der „Jagd“ nach der Reduzierung technologischer Prozesse aufzuhören und sich auf den Aufbau leistungsstarker 3D-Strukturen mit einer großen Anzahl von Transistoren auf einem Chip zu konzentrieren.
Kumi-Regel
Seine im Jahr 2011 von Stanford-Professor Jonathan Koomey. Zusammen mit Kollegen von Microsoft, Intel und der Carnegie Mellon University hat er zum Energieverbrauch von Computersystemen, beginnend mit dem 1946 gebauten ENIAC-Computer. Als Ergebnis kam Kumi zu folgendem Schluss:
„Der Rechenaufwand pro Kilowatt Energie unter statischer Last verdoppelt sich alle anderthalb Jahre.“
Gleichzeitig stellte er fest, dass auch der Energieverbrauch von Computern in den letzten Jahren gestiegen sei.
Im Jahr 2015, Kumi zu seiner Arbeit und ergänzte die Studie mit neuen Daten. Er stellte fest, dass sich der von ihm beschriebene Trend verlangsamt hatte. Die durchschnittliche Chipleistung pro Kilowatt Energie verdoppelt sich etwa alle drei Jahre. Der Trend änderte sich aufgrund von Schwierigkeiten im Zusammenhang mit der Kühlung von Chips (), da es mit abnehmender Transistorgröße schwieriger wird, Wärme abzuleiten.
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Derzeit werden neue Chip-Kühltechnologien entwickelt, von deren Massenimplementierung ist jedoch noch keine Rede. Beispielsweise schlugen Entwickler einer Universität in New York vor Laser-3D-Druck zum Aufbringen einer dünnen wärmeleitenden Schicht aus Titan, Zinn und Silber auf den Kristall. Die Wärmeleitfähigkeit eines solchen Materials ist siebenmal besser als die anderer thermischer Schnittstellen (Wärmeleitpaste und Polymere).
Trotz aller Faktoren , die theoretische Energiegrenze ist noch weit entfernt. Er zitiert Forschungen des Physikers Richard Feynman, der 1985 feststellte, dass die Energieeffizienz von Prozessoren um das Hundertmilliardenfache steigen würde. Zum Zeitpunkt des Jahres 100 stieg diese Zahl nur um das 2011-fache.
Die IT-Branche ist an ein schnelles Wachstum der Rechenleistung gewöhnt. Daher suchen Ingenieure nach Möglichkeiten, das Mooresche Gesetz zu erweitern und die Herausforderungen zu meistern, die sich aus den Regeln von Coomey und Dennard ergeben. Insbesondere Unternehmen und Forschungsinstitute suchen nach Ersatz für traditionelle Transistor- und Siliziumtechnologien. Wir werden beim nächsten Mal über einige der möglichen Alternativen sprechen.
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Source: habr.com