ما در مورد دو قانون صحبت می کنیم که آنها نیز در حال از دست دادن ارتباط هستند.
/ عکس می Unsplash
قانون مور بیش از پنجاه سال پیش تدوین شد. در تمام این مدت، او در بیشتر موارد منصف بود. حتی امروزه، هنگام حرکت از یک فرآیند تکنولوژیکی به فرآیند دیگر، چگالی ترانزیستورها روی یک تراشه . اما یک مشکل وجود دارد - سرعت توسعه فرآیندهای فناوری جدید در حال کاهش است.
به عنوان مثال، اینتل تولید انبوه پردازنده های 10 نانومتری Ice Lake خود را برای مدت طولانی به تاخیر انداخت. در حالی که غول فناوری اطلاعات ماه آینده حمل و نقل دستگاه ها را آغاز خواهد کرد، اعلام معماری تقریباً انجام شد سالها پیش. همچنین آگوست گذشته، سازنده مدارهای مجتمع GlobalFoundries که با AMD کار می کرد، فرآیندهای فنی 7 نانومتری (در مورد دلایل این تصمیم بیشتر می‌شویم در هابره).
и از زمانی که آنها مرگ قانون مور را پیش بینی می کردند سال ها می گذرد. حتی خود گوردون که قاعده ای که او تدوین کرده دیگر اعمال نخواهد شد. با این حال، قانون مور تنها الگوی نیست که ارتباط خود را از دست می دهد و سازندگان پردازنده از آن پیروی می کنند.
قانون مقیاس بندی دنارد
در سال 1974 توسط مهندس و توسعه دهنده DRAM حافظه پویا رابرت دنارد و همکارانش از IBM فرموله شد. قانون به این صورت است:
با کاهش اندازه ترانزیستور و افزایش سرعت کلاک پردازنده، به راحتی می توانیم عملکرد آن را افزایش دهیم.
قانون دنارد کاهش عرض هادی (فرایند فنی) را به عنوان شاخص اصلی پیشرفت در صنعت فناوری ریزپردازنده ها تعیین کرد. اما قانون مقیاس بندی دنارد در حدود سال 2006 از کار افتاد. تعداد ترانزیستورها در تراشه ها همچنان در حال افزایش است، اما این واقعیت است به عملکرد دستگاه
به عنوان مثال، نمایندگان TSMC (تولید کننده نیمه هادی) می گویند که انتقال از فناوری فرآیند 7 نانومتر به 5 نانومتر سرعت کلاک پردازنده تنها 15 درصد است.
دلیل کاهش سرعت رشد فرکانس، نشت جریان است که دنارد در اواخر دهه 70 آن را در نظر نگرفت. با کاهش اندازه ترانزیستور و افزایش فرکانس، جریان شروع به گرم کردن بیشتر ریز مدار می کند که می تواند به آن آسیب برساند. بنابراین، سازندگان باید قدرت تخصیص داده شده توسط پردازنده را متعادل کنند. در نتیجه، از سال 2006، فرکانس تراشه های تولید انبوه بین 4 تا 5 گیگاهرتز تعیین شده است.
/ عکس می Unsplash
امروزه مهندسان در حال کار بر روی فناوری های جدیدی هستند که مشکل را حل کرده و عملکرد میکرو مدارها را افزایش می دهد. به عنوان مثال، متخصصانی از استرالیا یک ترانزیستور فلز به هوا که دارای فرکانس چند صد گیگاهرتز است. ترانزیستور از دو الکترود فلزی تشکیل شده است که به عنوان تخلیه و منبع عمل می کنند و در فاصله 35 نانومتر قرار دارند. آنها به دلیل این پدیده با یکدیگر تبادل الکترون می کنند .
به گفته توسعه دهندگان، دستگاه آنها توقف "تعقیب" را برای کاهش فرآیندهای فناوری و تمرکز بر ساخت ساختارهای سه بعدی با کارایی بالا با تعداد زیادی ترانزیستور روی یک تراشه ممکن می کند.
قانون کومی
او در سال 2011 توسط جاناتان کومی، استاد دانشگاه استنفورد. او به همراه همکاران مایکروسافت، اینتل و دانشگاه کارنگی ملون در مورد مصرف انرژی سیستم های محاسباتی که با کامپیوتر ENIAC ساخته شده در سال 1946 شروع شد. در نتیجه کومی به این نتیجه رسید:
میزان محاسبه به ازای هر کیلووات انرژی تحت بار استاتیکی هر سال و نیم دو برابر می شود.
وی در عین حال خاطرنشان کرد: مصرف انرژی رایانه ها نیز طی سال های گذشته افزایش یافته است.
در سال 2015، کومی به کار خود و تکمیل مطالعه با داده های جدید. او متوجه شد که روندی که توصیف کرد کند شده است. میانگین عملکرد تراشه در هر کیلووات انرژی تقریباً هر سه سال یکبار دو برابر می شود. روند به دلیل مشکلات مربوط به تراشه های خنک کننده تغییر کرد (، از آنجایی که اندازه ترانزیستور کاهش می یابد، حذف گرما دشوارتر می شود.
/ عکس CC BY-ND
فناوری‌های خنک‌کننده تراشه‌های جدیدی در حال حاضر در حال توسعه هستند، اما هنوز صحبتی از اجرای انبوه آنها نشده است. برای مثال، توسعه دهندگان دانشگاهی در نیویورک پیشنهاد دادند چاپ سه بعدی لیزری برای اعمال یک لایه نازک رسانای حرارت از تیتانیوم، قلع و نقره بر روی کریستال. رسانایی حرارتی چنین ماده ای 3 برابر بهتر از سایر رابط های حرارتی (خمیر حرارتی و پلیمرها) است.
با وجود همه عوامل ، حد نظری انرژی هنوز خیلی دور است. او به تحقیقات ریچارد فاینمن فیزیکدان اشاره می کند که در سال 1985 اشاره کرد که بازده انرژی پردازنده ها 100 میلیارد برابر افزایش می یابد. در زمان سال 2011، این رقم تنها 40 هزار برابر افزایش یافت.
صنعت IT به رشد سریع در قدرت محاسباتی عادت کرده است، بنابراین مهندسان به دنبال راه هایی برای گسترش قانون مور و غلبه بر چالش های تحمیل شده توسط قوانین کومی و دنارد هستند. به ویژه، شرکت ها و موسسات تحقیقاتی به دنبال جایگزینی برای فناوری های سنتی ترانزیستور و سیلیکون هستند. دفعه بعد در مورد برخی از گزینه های احتمالی صحبت خواهیم کرد.
آنچه در وبلاگ شرکتی در مورد آن می نویسیم:
گزارش های ما از VMware EMPOWER 2019 در Habré:
منبع: www.habr.com