Μιλάμε για δύο κανόνες που επίσης αρχίζουν να χάνουν τη σημασία τους.
/ φωτογραφία Unsplash
Ο νόμος του Μουρ διατυπώθηκε πριν από πενήντα και πλέον χρόνια. Σε όλο αυτό το διάστημα, ως επί το πλείστον παρέμεινε δίκαιος. Ακόμη και σήμερα, όταν μετακινούμαστε από τη μια τεχνολογία διεργασίας στην άλλη, η πυκνότητα των τρανζίστορ σε ένα τσιπ . Αλλά υπάρχει ένα πρόβλημα - η ταχύτητα ανάπτυξης νέων τεχνικών διαδικασιών επιβραδύνεται.
Για παράδειγμα, η Intel έχει αναβάλει εδώ και πολύ καιρό τη μαζική παραγωγή των επεξεργαστών της Ice Lake 10nm. Ενώ ο γίγαντας της πληροφορικής θα ξεκινήσει την αποστολή συσκευών τον επόμενο μήνα, η αρχιτεκτονική ανακοινώθηκε γύρω πριν από χρόνια. Επίσης, τον περασμένο Αύγουστο, η εταιρεία κατασκευής ολοκληρωμένων κυκλωμάτων GlobalFoundries, η οποία συνεργάζεται με την AMD, Τεχνολογία διαδικασίας 7nm (περισσότερα για τους λόγους αυτής της απόφασης, εμείς στο Habré).
и Για αρκετά χρόνια προβλέπουν τον θάνατο στο νόμο του Μουρ. Ακόμα και ο ίδιος ο Γκόρντον ότι ο κανόνας που διατύπωσε δεν θα ισχύει πλέον. Ωστόσο, ο νόμος του Moore δεν είναι το μόνο μοτίβο που χάνει τη συνάφεια και με το οποίο είναι ίσοι οι κατασκευαστές επεξεργαστών.
Ο νόμος της κλιμάκωσης του Dennard
Διατυπώθηκε το 1974 από τον μηχανικό και προγραμματιστή της δυναμικής DRAM Robert Dennard (Robert Dennard) μαζί με συναδέλφους της IBM. Ο κανόνας έχει ως εξής:
«Μειώνοντας το μέγεθος του τρανζίστορ και αυξάνοντας την ταχύτητα ρολογιού του επεξεργαστή, μπορούμε εύκολα να αυξήσουμε την απόδοσή του».
Ο κανόνας του Dennard καθιέρωσε τη μείωση του πλάτους του αγωγού (τεχνολογική διαδικασία) ως τον κύριο δείκτη προόδου στη βιομηχανία τεχνολογίας μικροεπεξεργαστών. Αλλά ο νόμος του Dennard για την κλιμάκωση σταμάτησε γύρω στο 2006. Ο αριθμός των τρανζίστορ στα τσιπ συνεχίζει να αυξάνεται, αλλά αυτό είναι γεγονός στην απόδοση της συσκευής.
Για παράδειγμα, εκπρόσωποι της TSMC (κατασκευαστής ημιαγωγών) λένε ότι η μετάβαση από τα 7nm στα 5nm ταχύτητα ρολογιού επεξεργαστή μόνο κατά 15%.
Ο λόγος για την επιβράδυνση της αύξησης της συχνότητας είναι η διαρροή ρεύματος, την οποία ο Dennard δεν έλαβε υπόψη στα τέλη της δεκαετίας του '70. Με τη μείωση του μεγέθους του τρανζίστορ και την αύξηση της συχνότητας, το ρεύμα αρχίζει να θερμαίνει πιο έντονα το μικροκύκλωμα, γεγονός που μπορεί να το καταστρέψει. Επομένως, οι κατασκευαστές πρέπει να εξισορροπούν την ισχύ που εκχωρείται από τον επεξεργαστή. Ως αποτέλεσμα, από το 2006, η συχνότητα των μαζικών τσιπ έχει οριστεί γύρω στα 4-5 GHz.
/ φωτογραφία Unsplash
Σήμερα, οι μηχανικοί εργάζονται σε νέες τεχνολογίες που θα λύσουν το πρόβλημα και θα αυξήσουν την απόδοση των μικροκυκλωμάτων. Για παράδειγμα, ειδικοί από την Αυστραλία τρανζίστορ μετάλλου-αέρα, το οποίο έχει συχνότητα αρκετών εκατοντάδων gigahertz. Το τρανζίστορ αποτελείται από δύο μεταλλικά ηλεκτρόδια, τα οποία λειτουργούν ως αποχέτευση και πηγή, και βρίσκονται σε απόσταση 35 nm. Ανταλλάσσουν ηλεκτρόνια μεταξύ τους λόγω του φαινομένου .
Σύμφωνα με τους προγραμματιστές, η συσκευή τους θα τους επιτρέψει να σταματήσουν να «κυνηγούν» τη μείωση των τεχνικών διαδικασιών και να επικεντρωθούν στην κατασκευή τρισδιάστατων δομών υψηλής απόδοσης με μεγάλο αριθμό τρανζίστορ σε ένα τσιπ.
Κανόνας Kumi
Του το 2011 από τον καθηγητή του Stanford Jonathan Koomey. Μαζί με συναδέλφους από τη Microsoft, την Intel και το Πανεπιστήμιο Carnegie Mellon, αυτός σχετικά με την κατανάλωση ενέργειας των υπολογιστικών συστημάτων, ξεκινώντας με τον υπολογιστή ENIAC που κατασκευάστηκε το 1946. Ως αποτέλεσμα, ο Kumi έκανε το ακόλουθο συμπέρασμα:
«Η ποσότητα υπολογισμού ανά κιλοβάτ ενέργειας σε στατικό φορτίο διπλασιάζεται κάθε ενάμιση χρόνο».
Παράλληλα, σημείωσε ότι τα τελευταία χρόνια έχει αυξηθεί και η κατανάλωση ρεύματος των υπολογιστών.
Το 2015 Kumi στο έργο του και συμπλήρωσε τη μελέτη με νέα δεδομένα. Διαπίστωσε ότι η τάση που περιέγραψε είχε επιβραδυνθεί. Η μέση απόδοση του τσιπ ανά κιλοβάτ ισχύος άρχισε να διπλασιάζεται περίπου κάθε τρία χρόνια. Η τάση έχει αλλάξει λόγω των δυσκολιών που σχετίζονται με την ψύξη των τσιπ (), δεδομένου ότι όσο μειώνεται το μέγεθος των τρανζίστορ, η απομάκρυνση της θερμότητας γίνεται πιο δύσκολη.
/ φωτογραφία CC BY-ND
Τώρα αναπτύσσονται νέες τεχνολογίες για τσιπ ψύξης, αλλά μέχρι στιγμής δεν χρειάζεται να μιλήσουμε για τη μαζική εφαρμογή τους. Για παράδειγμα, προγραμματιστές από το Πανεπιστήμιο της Νέας Υόρκης πρότειναν Εκτύπωση λέιζερ 3D για την εφαρμογή ενός λεπτού θερμικά αγώγιμου στρώματος από τιτάνιο, κασσίτερο και ασήμι στον κρύσταλλο. Η θερμική αγωγιμότητα ενός τέτοιου υλικού είναι 7 φορές καλύτερη από αυτή άλλων θερμικών διεπαφών (θερμική πάστα και πολυμερή).
Παρά όλους τους παράγοντες , το θεωρητικό όριο ενέργειας είναι ακόμα πολύ μακριά. Επικαλείται μια μελέτη του φυσικού Richard Feynman, ο οποίος το 1985 σημείωσε ότι η ενεργειακή απόδοση των επεξεργαστών θα αυξανόταν 100 δισεκατομμύρια φορές. Την εποχή του 2011, ο αριθμός αυτός αυξήθηκε μόνο κατά 40 χιλιάδες φορές.
Η βιομηχανία πληροφορικής είναι συνηθισμένη σε υψηλούς ρυθμούς ανάπτυξης της υπολογιστικής ισχύος, επομένως οι μηχανικοί αναζητούν τρόπους για να επεκτείνουν την ισχύ του νόμου του Moore και να ξεπεράσουν τις δυσκολίες που υπαγορεύουν οι κανόνες των Κουμί και Ντενάρ. Συγκεκριμένα, εταιρείες και ερευνητικά ιδρύματα επιδιώκουν να αντικαταστήσουν την παραδοσιακή τεχνολογία τρανζίστορ και το πυρίτιο. Θα μιλήσουμε για μερικές από τις πιθανές εναλλακτικές την επόμενη φορά.
Τι γράφουμε στο εταιρικό ιστολόγιο:
Οι αναφορές μας από το VMware EMPOWER 2019 στο Habré:
Πηγή: www.habr.com