Govorimo o dveh pravilih, ki prav tako začenjata izgubljati pomen.
/ fotografija Unsplash
Moorov zakon je bil oblikovan pred več kot petdesetimi leti. Ves ta čas je večinoma ostal pravičen. Še danes se pri prehodu iz enega tehnološkega procesa v drugega gostota tranzistorjev na čipu . Vendar obstaja težava - hitrost razvoja novih tehnoloških procesov se upočasnjuje.
Na primer, Intel je dolgo odlašal z množično proizvodnjo svojih 10nm procesorjev Ice Lake. Medtem ko bo IT-gigant začel pošiljati naprave naslednji mesec, je bila napoved o arhitekturi približno pred leti. Tudi avgusta lani je proizvajalec integriranih vezij GlobalFoundries, ki je sodeloval z AMD, 7-nm tehnični procesi (več o razlogih za to odločitev smo na Habréju).
и Že leta so minila, odkar so napovedovali smrt Moorovega zakona. Tudi sam Gordon da bo pravilo, ki ga je oblikoval, prenehalo veljati. Vendar pa Moorov zakon ni edini vzorec, ki izgublja pomen in se mu ravnajo proizvajalci procesorjev.
Dennardov zakon skaliranja
Leta 1974 ga je oblikoval inženir in razvijalec dinamičnega pomnilnika DRAM Robert Dennard skupaj s kolegi iz IBM-a. Pravilo je takole:
"Z zmanjšanjem velikosti tranzistorja in povečanjem takta procesorja lahko preprosto povečamo njegovo zmogljivost."
Dennardovo pravilo je določilo zmanjšanje širine prevodnika (tehnični proces) kot glavni pokazatelj napredka v industriji mikroprocesorske tehnologije. Toda Dennardov zakon o skaliranju je okoli leta 2006 prenehal delovati. Število tranzistorjev v čipih še naprej narašča, vendar to dejstvo na delovanje naprave.
Na primer, predstavniki TSMC (proizvajalec polprevodnikov) pravijo, da je prehod s 7-nm na 5-nm procesno tehnologijo takt procesorja le za 15 %.
Razlog za upočasnitev rasti frekvence je uhajanje toka, ki ga Dennard v poznih 70. letih ni upošteval. Ko se velikost tranzistorja zmanjša in frekvenca poveča, tok začne bolj segrevati mikrovezje, kar ga lahko poškoduje. Zato morajo proizvajalci uravnotežiti moč, ki jo dodeli procesor. Posledično je od leta 2006 frekvenca serijsko proizvedenih čipov nastavljena na 4–5 GHz.
/ fotografija Unsplash
Danes inženirji delajo na novih tehnologijah, ki bodo rešile problem in povečale zmogljivost mikrovezij. Na primer strokovnjaki iz Avstralije tranzistor kovina-zrak, ki ima frekvenco nekaj sto gigahercev. Tranzistor je sestavljen iz dveh kovinskih elektrod, ki delujeta kot odtok in vir in sta nameščeni na razdalji 35 nm. Zaradi pojava med seboj izmenjujejo elektrone .
Po mnenju razvijalcev bo njihova naprava omogočila prenehanje "preganjanja" zmanjšanja tehnoloških procesov in se osredotočila na gradnjo visoko zmogljivih 3D struktur z velikim številom tranzistorjev na čipu.
Kumi pravilo
Njegovo leta 2011 Stanfordski profesor Jonathan Koomey. Skupaj s kolegi iz Microsofta, Intela in univerze Carnegie Mellon je o porabi energije računalniških sistemov, začenši z računalnikom ENIAC, izdelanim leta 1946. Posledično je Kumi prišel do naslednjega zaključka:
"Količina računalništva na kilovat energije pod statično obremenitvijo se vsako leto in pol podvoji."
Ob tem je opozoril, da se je v zadnjih letih povečala tudi poraba energije računalnikov.
Leta 2015 je Kumi svojemu delu in študijo dopolnil z novimi podatki. Ugotovil je, da se je trend, ki ga je opisal, upočasnil. Povprečna zmogljivost čipa na kilovat energije se je začela podvojevati približno vsaka tri leta. Trend se je spremenil zaradi težav, povezanih s hlajenjem čipov (), saj ko se velikost tranzistorja zmanjša, postane težje odvajati toploto.
/ fotografija CC BY-ND
Trenutno se razvijajo nove tehnologije hlajenja čipov, vendar o njihovi množični uvedbi še ni govora. Na primer, predlagali so razvijalci z univerze v New Yorku laserski 3D tisk za nanos tanke toplotno prevodne plasti titana, kositra in srebra na kristal. Toplotna prevodnost takega materiala je 7-krat boljša kot pri drugih toplotnih vmesnikih (termalne paste in polimeri).
Kljub vsem dejavnikom , je teoretična meja energije še daleč. Navaja raziskavo fizika Richarda Feynmana, ki je leta 1985 ugotovil, da bi se energetska učinkovitost procesorjev povečala za 100 milijard krat. Do leta 2011 se je ta številka povečala le za 40 tisočkrat.
Industrija IT je navajena hitre rasti računalniške moči, zato inženirji iščejo načine za razširitev Moorovega zakona in premagovanje izzivov, ki jih postavljata Coomeyjeva in Dennardova pravila. Predvsem podjetja in raziskovalni inštituti iščejo zamenjave za tradicionalne tranzistorske in silicijeve tehnologije. O nekaterih možnih alternativah bomo govorili naslednjič.
O čem pišemo v korporativnem blogu:
Naša poročila z VMware EMPOWER 2019 na Habréju:
Vir: www.habr.com
