We hebben het over twee regels die ook hun relevantie beginnen te verliezen.
/ foto Unsplash
De wet van Moore werd ruim vijftig jaar geleden geformuleerd. Gedurende deze tijd bleef hij voor het grootste deel eerlijk. Zelfs vandaag de dag, bij het overstappen van het ene technologische proces naar het andere, is de dichtheid van transistors op een chip groot . Maar er is een probleem: de snelheid van de ontwikkeling van nieuwe technologische processen vertraagt.
Intel heeft bijvoorbeeld de massaproductie van zijn 10 nm Ice Lake-processors lange tijd uitgesteld. Terwijl de IT-gigant volgende maand apparaten gaat leveren, vond de architectuuraankondiging plaats jaren geleden. Ook afgelopen augustus zei GlobalFoundries, fabrikant van geïntegreerde schakelingen, die met AMD samenwerkte, 7-nm technische processen (meer over de redenen voor deze beslissing we op Habré).
и Het is jaren geleden dat ze de dood van de wet van Moore voorspelden. Zelfs Gordon zelf dat de door hem geformuleerde regel niet langer van toepassing zal zijn. De wet van Moore is echter niet het enige patroon dat aan relevantie verliest en dat processorfabrikanten volgen.
De schaalwet van Dennard
Het werd in 1974 geformuleerd door ingenieur en ontwikkelaar van dynamisch geheugen DRAM Robert Dennard, samen met collega's van IBM. De regel gaat als volgt:
“Door de omvang van de transistor te verkleinen en de kloksnelheid van de processor te verhogen, kunnen we de prestaties eenvoudig verhogen.”
De regel van Dennard stelde de vermindering van de geleiderbreedte (technisch proces) vast als de belangrijkste indicator van vooruitgang in de microprocessortechnologie-industrie. Maar de schaalwet van Dennard werkte rond 2006 niet meer. Het aantal transistors in chips blijft toenemen, maar dit is een feit aan de prestaties van het apparaat.
Vertegenwoordigers van TSMC (halfgeleiderfabrikant) zeggen bijvoorbeeld dat de overgang van 7 nm naar 5 nm procestechnologie plaatsvindt kloksnelheid van de processor met slechts 15%.
De reden voor de vertraging van de frequentiegroei is stroomlekkage, waarmee Dennard eind jaren zeventig geen rekening hield. Naarmate de grootte van de transistor kleiner wordt en de frequentie toeneemt, begint de stroom de microschakeling meer op te warmen, wat deze kan beschadigen. Daarom moeten fabrikanten het door de processor toegewezen vermogen in evenwicht brengen. Als gevolg hiervan is de frequentie van in massa geproduceerde chips sinds 70 vastgesteld op 2006 à 4 GHz.
/ foto Unsplash
Tegenwoordig werken ingenieurs aan nieuwe technologieën die het probleem zullen oplossen en de prestaties van microcircuits zullen verbeteren. Specialisten uit Australië bijvoorbeeld een metaal-lucht-transistor met een frequentie van enkele honderden gigahertz. De transistor bestaat uit twee metalen elektroden die fungeren als drain en source en bevinden zich op een afstand van 35 nm. Door het fenomeen wisselen ze elektronen met elkaar uit .
Volgens de ontwikkelaars zal hun apparaat het mogelijk maken om te stoppen met het "jagen" om technologische processen te verminderen en zich te concentreren op het bouwen van hoogwaardige 3D-structuren met een groot aantal transistors op een chip.
Kumi-regel
Zijn in 2011 door Stanford-professor Jonathan Koomey. Samen met collega's van Microsoft, Intel en Carnegie Mellon University heeft hij over het energieverbruik van computersystemen, te beginnen met de ENIAC-computer uit 1946. Als gevolg hiervan kwam Kumi tot de volgende conclusie:
“De hoeveelheid rekenwerk per kilowatt energie onder statische belasting verdubbelt elk anderhalf jaar.”
Tegelijkertijd constateerde hij dat het energieverbruik van computers de afgelopen jaren ook is toegenomen.
In 2015 Kumi aan zijn werk en vulde het onderzoek aan met nieuwe gegevens. Hij ontdekte dat de trend die hij beschreef was vertraagd. De gemiddelde chipprestaties per kilowatt energie beginnen ongeveer elke drie jaar te verdubbelen. De trend veranderde als gevolg van problemen in verband met het koelen van chips (), aangezien naarmate de transistorgrootte kleiner wordt, het moeilijker wordt om warmte te verwijderen.
/ foto CC BY-SA
Er worden momenteel nieuwe technologieën voor chipkoeling ontwikkeld, maar er is nog geen sprake van massale implementatie ervan. Ontwikkelaars van een universiteit in New York stelden bijvoorbeeld voor laser 3D-printen voor het aanbrengen van een dunne warmtegeleidende laag titanium, tin en zilver op het kristal. De thermische geleidbaarheid van een dergelijk materiaal is 7 keer beter dan die van andere thermische grensvlakken (koelpasta en polymeren).
Ondanks alle factoren is de theoretische energielimiet nog ver weg. Hij citeert onderzoek van natuurkundige Richard Feynman, die in 1985 opmerkte dat de energie-efficiëntie van processors honderd miljard keer zou toenemen. Ten tijde van 100 was dit cijfer slechts 2011 duizend keer groter.
De IT-industrie is gewend aan de snelle groei van de rekenkracht, dus zoeken ingenieurs naar manieren om de wet van Moore uit te breiden en de uitdagingen te overwinnen die de regels van Coomey en Dennard met zich meebrengen. Met name bedrijven en onderzoeksinstituten zijn op zoek naar vervangingen voor traditionele transistor- en siliciumtechnologieën. De volgende keer zullen we het hebben over enkele mogelijke alternatieven.
Waar we over schrijven in de corporate blog:
Onze rapporten van VMware EMPOWER 2019 op Habré:
Bron: www.habr.com