Vi pratar om två regler som också börjar tappa i relevans.
/ Foto Unsplash
Moores lag formulerades för mer än femtio år sedan. Under hela denna tid förblev han rättvis för det mesta. Även idag, när man flyttar från en teknisk process till en annan, densiteten av transistorer på ett chip . Men det finns ett problem - hastigheten på utvecklingen av nya tekniska processer saktar ner.
Till exempel försenade Intel massproduktionen av sina 10nm Ice Lake-processorer under lång tid. Medan IT-jätten kommer att börja skicka enheter nästa månad, ägde arkitekturmeddelandet rum runt för flera år sedan. Också i augusti förra året, integrerade kretstillverkaren GlobalFoundries, som arbetade med AMD, 7-nm tekniska processer (mer om skälen till detta beslut vi på Habré).
и Det har gått år sedan de förutspådde Moores lags död. Till och med Gordon själv att den regel han formulerat kommer att upphöra att gälla. Moores lag är dock inte det enda mönstret som tappar relevans och som processortillverkare följer.
Dennards skalningslag
Den formulerades 1974 av ingenjören och utvecklaren av dynamiskt minne DRAM Robert Dennard, tillsammans med kollegor från IBM. Regeln lyder så här:
"Genom att minska storleken på transistorn och öka klockhastigheten på processorn kan vi enkelt öka dess prestanda."
Dennards regel fastställde minskningen av ledarbredden (teknisk process) som den främsta indikatorn på framsteg inom mikroprocessorteknikindustrin. Men Dennards skalningslag slutade fungera runt 2006. Antalet transistorer i chips fortsätter att öka, men detta faktum till enhetens prestanda.
Till exempel säger representanter för TSMC (halvledartillverkare) att övergången från 7-nm till 5-nm processteknik processorns klockhastighet med endast 15 %.
Orsaken till avmattningen av frekvenstillväxten är strömläckage, som Dennard inte tog hänsyn till i slutet av 70-talet. När storleken på transistorn minskar och frekvensen ökar, börjar strömmen värma upp mikrokretsen mer, vilket kan skada den. Därför måste tillverkare balansera den kraft som tilldelas av processorn. Som ett resultat, sedan 2006, har frekvensen för massproducerade chips satts till 4–5 GHz.
/ Foto Unsplash
Idag arbetar ingenjörer med ny teknik som kommer att lösa problemet och öka prestandan hos mikrokretsar. Till exempel specialister från Australien en metall-till-luft-transistor som har en frekvens på flera hundra gigahertz. Transistorn består av två metallelektroder som fungerar som drain och source och är placerade på ett avstånd av 35 nm. De byter elektroner med varandra på grund av fenomenet .
Enligt utvecklarna kommer deras enhet att göra det möjligt att sluta "jaga" för att minska tekniska processer och koncentrera sig på att bygga högpresterande 3D-strukturer med ett stort antal transistorer på ett chip.
Kumi regel
Hans 2011 av Stanford-professorn Jonathan Koomey. Tillsammans med kollegor från Microsoft, Intel och Carnegie Mellon University har han om energiförbrukningen för datorsystem med början i ENIAC-datorn byggd 1946. Som ett resultat kom Kumi till följande slutsats:
"Mängden beräkning per kilowatt energi under statisk belastning fördubblas varje och ett halvt år."
Samtidigt noterade han att datorernas energiförbrukning också har ökat under de senaste åren.
2015, Kumi till sitt arbete och kompletterade studien med nya data. Han fann att trenden han beskrev hade avtagit. Genomsnittlig chipprestanda per kilowatt energi har börjat fördubblas ungefär vart tredje år. Trenden förändrades på grund av svårigheter i samband med kylningschips (), eftersom när transistorstorleken minskar blir det svårare att ta bort värme.
/ Foto CC BY-ND
Nya chipkylningsteknologier utvecklas för närvarande, men det är ännu inget tal om massimplementering av dem. Till exempel föreslog utvecklare från ett universitet i New York laser 3D-utskrift för att applicera ett tunt värmeledande skikt av titan, tenn och silver på kristallen. Värmeledningsförmågan för ett sådant material är 7 gånger bättre än för andra termiska gränssnitt (termisk pasta och polymerer).
Trots alla faktorer , den teoretiska energigränsen är fortfarande långt borta. Han citerar forskning av fysikern Richard Feynman, som noterade 1985 att energieffektiviteten hos processorer skulle öka 100 miljarder gånger. Vid tiden för 2011 ökade denna siffra endast 40 tusen gånger.
IT-branschen är van vid en snabb tillväxt av datorkraft, så ingenjörer letar efter sätt att utvidga Moores lag och övervinna de utmaningar som Coomeys och Dennards regler innebär. Framför allt letar företag och forskningsinstitut efter ersättare för traditionell transistor- och kiselteknologi. Vi kommer att prata om några av de möjliga alternativen nästa gång.
Vad vi skriver om i företagsbloggen:
Våra rapporter från VMware EMPOWER 2019 på Habré:
Källa: will.com