Говоримо про два правила, які також починають втрачати актуальність.
/ фото Unsplash
Закон Мура було сформульовано понад п'ятдесят років тому. Протягом цього часу він здебільшого залишався справедливим. Навіть сьогодні при переході від одного техпроцесу до іншого густина транзисторів на кристалі . Але є проблема – швидкість розробки нових техпроцесів уповільнюється.
Наприклад, Intel тривалий час відкладали масове виробництво своїх 10-нанометрових процесорів Ice Lake. Хоча ІТ-гігант почне постачати пристрої наступного місяця, анонс архітектури відбувся близько років назад. Також у серпні минулого року виробник інтегральних схем GlobalFoundries, який працював із AMD, 7-нм техпроцесів (докладніше про причини цього рішення ми на Хабре).
и вже не перший рік пророкують смерть закону Мура. Навіть сам Гордон що сформульоване ним правило перестане діяти. Проте закон Мура — це не єдина закономірність, яка втрачає актуальність і на яку дорівнюють виробники процесорів.
Закон масштабування Деннарда
Його сформулював у 1974 році інженер та розробник динамічної пам'яті DRAM Роберт Деннард (Robert Dennard) разом з колегами з IBM. Правило звучить так:
"Зменшуючи розміри транзистора і підвищуючи тактову частоту процесора, ми можемо легко підвищувати його продуктивність".
Правило Деннарда закріпило зменшення ширини провідника (техпроцесу) як основний показник прогресу промисловості мікропроцесорної техніки. Але закон масштабування Деннарда перестав діяти приблизно 2006 року. Кількість транзисторів у чіпах продовжує збільшуватись, але цей факт до продуктивності пристроїв.
Наприклад, представники TSMC (виробник напівпровідників) кажуть, що перехід із 7-нм техпроцесу на 5-нм тактову частоту процесора лише на 15%.
Причиною уповільнення зростання частоти є витоку струмів, які Деннард не враховував наприкінці 70-х. При зменшенні розмірів транзистора та підвищенні частоти струм починає сильніше нагрівати мікросхему, що може вивести її з ладу. Тому виробникам доводиться балансувати потужність, що виділяється процесором. В результаті з 2006 року частота масових чіпів встановилася на позначці 4-5 ГГц.
/ фото Unsplash
Сьогодні інженери працюють над новими технологіями, які дозволять вирішити проблему та збільшити продуктивність мікросхем. Наприклад, фахівці з Австралії метал-повітряний транзистор, який має частоту кілька сотень гігагерц. Транзистор складається з двох металевих електродів, що виконують ролі стоку та витоку і розташовані на відстані 35 нм. Вони обмінюються електронами один з одним завдяки явищу .
За словами розробників, їхній пристрій дозволить перестати «гнатися» за зменшенням техпроцесів і сконцентруватися на побудові високопродуктивних 3D-структур з великою кількістю транзисторів на кристалі.
Правило Кумі
Його 2011 року професор Стенфорда Джонатан Кумі (Jonathan Koomey). Спільно з колегами з Microsoft, Intel та університету Карнегі-Меллона він про енергоспоживання обчислювальних систем, починаючи з ЕОМ ENIAC, побудованої в 1946 році. У результаті Кумі зробив такий висновок:
«Обсяг обчислень на кіловат енергії за статичного навантаження подвоюється кожні півтора року».
При цьому він зазначив, що енергоспоживання комп'ютерів за минулі роки також зросло.
У 2015 році Кумі до своєї роботи та доповнив дослідження новими даними. Він встановив, що описана ним тенденція сповільнилася. Середня продуктивність чіпа на кіловат енергії почала подвоюватись приблизно кожні три роки. Тренд змінився через труднощі, пов'язані з охолодженням чіпів (), оскільки зі зменшенням розмірів транзисторів стає складніше відводити тепло.
/ фото CC BY-ND
Зараз розробляються нові технології охолодження чіпів, але про їхнє масове впровадження поки що говорити не доводиться. Наприклад, розробники з університету у Нью-Йорку запропонували лазерний 3D-друк для нанесення тонкого теплопровідного шару з титану, олова та срібла на кристал. Теплопровідність такого матеріалу в 7 разів краща, ніж у інших термоінтерфейсів (термопасти та полімерів).
Незважаючи на всі фактори, , До теоретичної енергетичної межі ще далеко. Він посилається на дослідження фізика Річарда Фейнмана (Richard Feynman), який ще 1985 року зазначив, що показник енергоефективності процесорів зросте у 100 млрд разів. На момент 2011 року цей показник збільшився лише у 40 тис. разів.
ІТ-індустрія звикла до високих темпів зростання обчислювальних потужностей, тому інженери шукають способи продовжити дію закону Мура та подолати труднощі, продиктовані правилами Кумі та Деннарда. Зокрема, компанії та дослідні інститути шукають заміну традиційним транзисторним технологіям та кремнію. Про деякі з можливих альтернатив ми розповімо наступного разу.
Про що ми пишемо у корпоративному блозі:
Наші звіти з VMware EMPOWER 2019 на Хабрі:
Джерело: habr.com