🥇 מלבד מור, מי עוד ניסח את חוקי קנה המידה של מערכות מחשוב

אנחנו מדברים על שני כללים שגם הם מתחילים לאבד רלוונטיות.

חוק מור גובש לפני יותר מחמישים שנה. לאורך כל הזמן הזה, הוא נשאר הוגן לרוב. גם היום, כאשר עוברים מתהליך טכנולוגי אחד לאחר, צפיפות הטרנזיסטורים על שבב מכפיל את גודלו בערך. אבל יש בעיה - מהירות הפיתוח של תהליכים טכנולוגיים חדשים מואטת.

לדוגמה, אינטל עיכבה את הייצור ההמוני של מעבדי ה-Ice Lake שלה 10nm במשך זמן רב. בעוד שענקית ה-IT תתחיל לשלוח מכשירים בחודש הבא, ההכרזה על הארכיטקטורה התרחשה בסביבות שתיים וחצי לפני שנים. גם באוגוסט האחרון, יצרנית המעגלים המשולבים GlobalFoundries, שעבדה עם AMD, הפסיק את הפיתוח תהליכים טכניים של 7 ננומטר (עוד על הסיבות להחלטה זו אנחנו דיברנו בבלוג שלנו על האברה).

עיתונאים и ראשי חברות IT גדולות עברו שנים מאז שהם חזו את מותו של חוק מור. אפילו גורדון עצמו נאמר פעם אחתשהכלל שגיבש יפסיק לחול. עם זאת, חוק מור אינו הדפוס היחיד שמאבד רלוונטיות ואשר יצרניות המעבדים עוקבות אחריו.

חוק קנה המידה של דנרד

הוא גובש בשנת 1974 על ידי מהנדס ומפתח של זיכרון דינמי DRAM רוברט דנארד, יחד עם עמיתים מ-IBM. הכלל הולך ככה:

"על ידי הקטנת גודל הטרנזיסטור והגדלת מהירות השעון של המעבד, נוכל להגדיל בקלות את הביצועים שלו."

שלטון זהרד קבע את הפחתת רוחב המוליכים (תהליך טכני) כאינדיקטור העיקרי להתקדמות בתעשיית טכנולוגיית המיקרו-מעבדים. אבל חוק קנה המידה של דנרד הפסיק לפעול בסביבות 2006. מספר הטרנזיסטורים בשבבים ממשיך לעלות, אבל עובדה זו לא נותן עלייה משמעותית לביצועי המכשיר.

לדוגמה, נציגי TSMC (יצרן מוליכים למחצה) אומרים כי המעבר מטכנולוגיית תהליך 7 ננומטר ל-5 ננומטר יגדל מהירות השעון של המעבד ב-15% בלבד.

הסיבה להאטה בצמיחת התדרים היא דליפה נוכחית, ש-Dennard לא לקחה בחשבון בסוף שנות ה-70. ככל שגודל הטרנזיסטור פוחת והתדר עולה, הזרם מתחיל לחמם יותר את המיקרו-מעגל, מה שעלול לפגוע בו. לכן, היצרנים צריכים לאזן את הכוח המוקצה על ידי המעבד. כתוצאה מכך, מאז 2006, התדר של שבבים בייצור המוני נקבע על 4-5 GHz.

/ תמונה ג'ייסון לונג Unsplash

כיום, מהנדסים עובדים על טכנולוגיות חדשות שיפתרו את הבעיה ויגבירו את הביצועים של מעגלים מיקרוניים. לדוגמה, מומחים מאוסטרליה לְפַתֵחַ טרנזיסטור מתכת-אוויר בעל תדר של כמה מאות גיגה-הרץ. הטרנזיסטור מורכב משתי אלקטרודות מתכת הפועלות כניקוז ומקור וממוקמות במרחק של 35 ננומטר. הם מחליפים אלקטרונים זה עם זה עקב התופעה פליטת שדה.

לדברי המפתחים, המכשיר שלהם יאפשר להפסיק "מרדף" כדי לצמצם תהליכים טכנולוגיים ולהתרכז בבניית מבנים תלת מימדיים בעלי ביצועים גבוהים עם מספר רב של טרנזיסטורים על שבב.

כלל קומי

שלו גובש בשנת 2011 על ידי פרופסור סטנפורד ג'ונתן קומי. יחד עם עמיתים ממיקרוסופט, אינטל ואוניברסיטת קרנגי מלון, הוא ניתח את המידע על צריכת האנרגיה של מערכות מחשוב החל ממחשב ENIAC שנבנה ב-1946. כתוצאה מכך, קומי הגיע למסקנה הבאה:

"כמות המחשוב לכל קילוואט אנרגיה בעומס סטטי מוכפלת מדי שנה וחצי".

במקביל, הוא ציין כי גם צריכת האנרגיה של מחשבים עלתה במהלך השנים האחרונות.

בשנת 2015, קומי חזר לעבודתו והשלים את המחקר בנתונים חדשים. הוא גילה שהטרנד שתיאר הואטה. ביצועי השבבים הממוצעים לקילוואט אנרגיה החלו להכפיל את עצמו בערך כל שלוש שנים. המגמה השתנתה עקב קשיים הקשורים לקירור שבבים (עמוד 4), מכיוון שככל שגודל הטרנזיסטור פוחת, זה הופך להיות קשה יותר להסיר חום.

/ תמונה דרק תומאס CC BY-ND

כיום מפותחות טכנולוגיות קירור שבבים חדשות, אך עדיין אין דיבור על יישום המוני שלהן. לדוגמה, מפתחים מאוניברסיטה בניו יורק הציעו שימוש הדפסת תלת מימד בלייזר להנחת שכבה דקה מוליכת חום של טיטניום, פח וכסף על גבי הקריסטל. המוליכות התרמית של חומר כזה טובה פי 3 מזו של ממשקים תרמיים אחרים (משחה תרמית ופולימרים).

למרות כל הגורמים לפי קומי, מגבלת האנרגיה התיאורטית עדיין רחוקה. הוא מצטט מחקר של הפיזיקאי ריצ'רד פיינמן, שציין ב-1985 שיעילות האנרגיה של מעבדים תגדל פי 100 מיליארד. בזמן 2011, נתון זה גדל רק פי 40 אלף.

תעשיית ה-IT רגילה לצמיחה מהירה בכוח המחשוב, ולכן המהנדסים מחפשים דרכים להרחיב את חוק מור ולהתגבר על האתגרים שמציבים חוקים של קומי ודנרד. בפרט, חברות ומכוני מחקר מחפשים תחליפים לטכנולוגיות טרנזיסטור וסיליקון מסורתיות. נדבר על כמה מהחלופות האפשריות בפעם הבאה.

על מה אנחנו כותבים בבלוג הארגוני:

הדיווחים שלנו מ-VMware EMPOWER 2019 על Habré:

מקור: www.habr.com

מלבד מור, מי עוד ניסח את החוקים לשינוי קנה מידה של מערכות מחשוב?

אנחנו מדברים על שני כללים שגם הם מתחילים לאבד רלוונטיות.

חוק קנה המידה של דנרד

כלל קומי

הוספת תגובה ביטול תגובה