Hovoríme o dvoch pravidlách, ktoré tiež začínajú strácať na aktuálnosti.
/ foto Unsplash
Moorov zákon bol sformulovaný pred viac ako päťdesiatimi rokmi. Počas tejto doby zostal z väčšej časti spravodlivý. Aj dnes, pri prechode z jedného technologického procesu na druhý, hustota tranzistorov na čipe . Je tu však problém – rýchlosť vývoja nových technologických postupov sa spomaľuje.
Napríklad Intel dlho odďaľoval sériovú výrobu svojich 10nm procesorov Ice Lake. Zatiaľ čo IT gigant začne dodávať zariadenia budúci mesiac, oznámenie architektúry sa uskutočnilo približne pred rokmi. Aj vlani v auguste výrobca integrovaných obvodov GlobalFoundries, ktorý spolupracoval s AMD, 7 nm technické procesy (viac o dôvodoch tohto rozhodnutia my na Habré).
и Už sú to roky, čo predpovedali smrť Moorovho zákona. Dokonca aj samotný Gordon že pravidlo, ktoré sformuloval, prestane platiť. Moorov zákon však nie je jediným vzorom, ktorý stráca na aktuálnosti a ktorým sa riadia výrobcovia procesorov.
Dennardov zákon o škálovaní
V roku 1974 ju sformuloval inžinier a vývojár dynamickej pamäte DRAM Robert Dennard spolu s kolegami z IBM. Pravidlo znie takto:
"Zmenšením veľkosti tranzistora a zvýšením rýchlosti hodín procesora môžeme ľahko zvýšiť jeho výkon."
Dennardovo pravidlo stanovilo zmenšenie šírky vodiča (technický proces) ako hlavný ukazovateľ pokroku v priemysle mikroprocesorových technológií. Ale Dennardov zákon o škálovaní prestal fungovať okolo roku 2006. Počet tranzistorov v čipoch sa stále zvyšuje, ale táto skutočnosť na výkon zariadenia.
Napríklad zástupcovia TSMC (výrobca polovodičov) hovoria, že prechod zo 7 nm na 5 nm procesnú technológiu rýchlosť procesora iba o 15 %.
Dôvodom spomalenia rastu frekvencie je únik prúdu, s ktorým Dennard koncom 70. rokov nerátal. Keď sa veľkosť tranzistora zníži a frekvencia sa zvýši, prúd začne viac zahrievať mikroobvod, čo ho môže poškodiť. Výrobcovia preto musia vyvážiť výkon pridelený procesorom. V dôsledku toho je od roku 2006 frekvencia sériovo vyrábaných čipov nastavená na 4–5 GHz.
/ foto Unsplash
Dnes inžinieri pracujú na nových technológiách, ktoré vyriešia problém a zvýšia výkon mikroobvodov. Napríklad špecialisti z Austrálie tranzistor kov-vzduch, ktorý má frekvenciu niekoľko stoviek gigahertzov. Tranzistor pozostáva z dvoch kovových elektród, ktoré fungujú ako kolektor a zdroj a sú umiestnené vo vzdialenosti 35 nm. V dôsledku javu si medzi sebou vymieňajú elektróny .
Podľa vývojárov ich zariadenie umožní zastaviť „honbu“ za redukciou technologických procesov a sústrediť sa na budovanie vysokovýkonných 3D štruktúr s veľkým počtom tranzistorov na čipe.
Kumi pravidlo
Jeho v roku 2011 Stanfordským profesorom Jonathanom Koomeym. Spolu s kolegami z Microsoftu, Intelu a Carnegie Mellon University, on o spotrebe energie výpočtových systémov počnúc počítačom ENIAC postaveným v roku 1946. V dôsledku toho Kumi dospel k tomuto záveru:
"Množstvo výpočtovej techniky na kilowatt energie pri statickom zaťažení sa zdvojnásobuje každý rok a pol."
Zároveň poznamenal, že za posledné roky sa zvýšila aj energetická náročnosť počítačov.
V roku 2015 Kumi k jeho práci a štúdiu doplnil o nové údaje. Zistil, že trend, ktorý opísal, sa spomalil. Priemerný výkon čipu na kilowatt energie sa začal zdvojnásobovať zhruba každé tri roky. Trend sa zmenil v dôsledku ťažkostí spojených s chladením čipov (), pretože so znižovaním veľkosti tranzistora je ťažšie odvádzať teplo.
/ foto CC BY-ND
V súčasnosti sa vyvíjajú nové technológie chladenia čipov, no o ich masovej implementácii sa zatiaľ nehovorí. Navrhli to napríklad vývojári z univerzity v New Yorku laserová 3D tlač na nanášanie tenkej tepelne vodivej vrstvy titánu, cínu a striebra na krištáľ. Tepelná vodivosť takéhoto materiálu je 7-krát lepšia ako u iných tepelných rozhraní (tepelná pasta a polyméry).
Napriek všetkým faktorom , teoretický energetický limit je ešte ďaleko. Cituje výskum fyzika Richarda Feynmana, ktorý v roku 1985 poznamenal, že energetická účinnosť procesorov sa zvýši 100 miliárd krát. V roku 2011 sa toto číslo zvýšilo iba 40-tisíckrát.
Odvetvie IT je zvyknuté na rýchly rast výpočtového výkonu, takže inžinieri hľadajú spôsoby, ako rozšíriť Mooreov zákon a prekonať výzvy, ktoré prinášajú Coomeyho a Dennardove pravidlá. Najmä spoločnosti a výskumné ústavy hľadajú náhrady za tradičné tranzistorové a kremíkové technológie. O niektorých možných alternatívach si povieme nabudúce.
O čom píšeme na firemnom blogu:
Naše správy z VMware EMPOWER 2019 na Habré:
Zdroj: hab.com