Chúng ta đang nói về hai quy tắc cũng đang bắt đầu mất đi sự liên quan.
/ hình chụp Unsplash
Định luật Moore đã được xây dựng cách đây hơn XNUMX năm. Trong suốt thời gian này, phần lớn anh ấy vẫn công bằng. Thậm chí ngày nay, khi chuyển từ quy trình công nghệ này sang quy trình công nghệ khác, mật độ bóng bán dẫn trên một con chip vẫn . Nhưng có một vấn đề - tốc độ phát triển của các quy trình công nghệ mới đang chậm lại.
Ví dụ: Intel đã trì hoãn việc sản xuất hàng loạt bộ xử lý Ice Lake 10nm của mình trong một thời gian dài. Trong khi gã khổng lồ CNTT sẽ bắt đầu vận chuyển thiết bị vào tháng tới thì thông báo về kiến trúc đã diễn ra vào khoảng cách đây nhiều năm. Cũng vào tháng XNUMX năm ngoái, nhà sản xuất mạch tích hợp GlobalFoundries, hợp tác với AMD, Quy trình kỹ thuật 7nm (chúng tôi sẽ cung cấp thêm thông tin về lý do dẫn đến quyết định này trên Habré).
и Đã nhiều năm trôi qua kể từ khi họ dự đoán cái chết của định luật Moore. Ngay cả bản thân Gordon rằng quy tắc do ông đặt ra sẽ không còn được áp dụng. Tuy nhiên, định luật Moore không phải là mô hình duy nhất đang mất dần tính phù hợp và các nhà sản xuất bộ xử lý đang theo đuổi.
Định luật tỉ lệ Dennard
Nó được xây dựng vào năm 1974 bởi kỹ sư và nhà phát triển bộ nhớ động DRAM Robert Dennard, cùng với các đồng nghiệp từ IBM. Quy tắc diễn ra như thế này:
“Bằng cách giảm kích thước của bóng bán dẫn và tăng tốc độ xung nhịp của bộ xử lý, chúng tôi có thể dễ dàng tăng hiệu suất của nó.”
Quy tắc của Dennard xác định việc giảm chiều rộng dây dẫn (quy trình kỹ thuật) là chỉ số chính cho thấy sự tiến bộ trong ngành công nghệ bộ vi xử lý. Nhưng định luật tỉ lệ của Dennard đã ngừng hoạt động vào khoảng năm 2006. Số lượng bóng bán dẫn trong chip tiếp tục tăng, nhưng thực tế này đến hiệu suất của thiết bị.
Ví dụ, đại diện TSMC (nhà sản xuất chất bán dẫn) cho rằng việc chuyển đổi từ công nghệ xử lý 7 nm sang 5 nm tốc độ xung nhịp của bộ xử lý chỉ bằng 15%.
Nguyên nhân khiến tốc độ tăng tần số chậm lại là do rò rỉ dòng điện, điều mà Dennard đã không tính đến vào cuối những năm 70. Khi kích thước của bóng bán dẫn giảm và tần số tăng, dòng điện bắt đầu làm nóng vi mạch nhiều hơn, điều này có thể làm hỏng nó. Vì vậy, các nhà sản xuất phải cân bằng năng lượng được phân bổ bởi bộ xử lý. Kết quả là kể từ năm 2006, tần số của chip sản xuất hàng loạt đã được đặt ở mức 4–5 GHz.
/ hình chụp Unsplash
Ngày nay, các kỹ sư đang nghiên cứu các công nghệ mới sẽ giải quyết vấn đề và tăng hiệu suất của vi mạch. Ví dụ, các chuyên gia từ Úc một bóng bán dẫn kim loại-không khí có tần số vài trăm gigahertz. Bóng bán dẫn bao gồm hai điện cực kim loại đóng vai trò là nguồn và nguồn và được đặt ở khoảng cách 35 nm. Chúng trao đổi electron với nhau do hiện tượng .
Theo các nhà phát triển, thiết bị của họ sẽ có khả năng ngừng “đuổi theo” để giảm bớt quy trình công nghệ và tập trung vào việc xây dựng các cấu trúc 3D hiệu suất cao với số lượng lớn bóng bán dẫn trên một con chip.
Quy tắc Kumi
Của ông vào năm 2011 bởi giáo sư Stanford Jonathan Koomey. Cùng với các đồng nghiệp từ Microsoft, Intel và Đại học Carnegie Mellon, ông về mức tiêu thụ năng lượng của các hệ thống máy tính bắt đầu từ máy tính ENIAC được chế tạo vào năm 1946. Kết quả là Kumi đã đi đến kết luận sau:
“Lượng tính toán trên mỗi kilowatt năng lượng dưới tải tĩnh đang tăng gấp đôi sau mỗi năm rưỡi.”
Đồng thời, ông lưu ý rằng mức tiêu thụ năng lượng của máy tính cũng tăng lên trong những năm qua.
Năm 2015, Kumi cho công việc của mình và bổ sung cho nghiên cứu những dữ liệu mới. Ông nhận thấy xu hướng mà ông mô tả đã chậm lại. Hiệu suất chip trung bình trên mỗi kilowatt năng lượng đã bắt đầu tăng gấp đôi sau mỗi ba năm. Xu hướng thay đổi do những khó khăn liên quan đến chip làm mát (), vì khi kích thước bóng bán dẫn giảm, việc loại bỏ nhiệt trở nên khó khăn hơn.
/ hình chụp CC BY-NĐ
Các công nghệ làm mát chip mới hiện đang được phát triển nhưng vẫn chưa có thông tin gì về việc triển khai hàng loạt chúng. Ví dụ: các nhà phát triển từ một trường đại học ở New York đã đề xuất in 3D bằng laser để phủ một lớp titan, thiếc và bạc dẫn nhiệt mỏng lên tinh thể. Độ dẫn nhiệt của vật liệu như vậy tốt hơn 7 lần so với các giao diện nhiệt khác (dán nhiệt và polyme).
Bất chấp tất cả các yếu tố , giới hạn năng lượng lý thuyết vẫn còn rất xa. Ông trích dẫn nghiên cứu của nhà vật lý Richard Feynman, người đã lưu ý vào năm 1985 rằng hiệu suất năng lượng của bộ xử lý sẽ tăng 100 tỷ lần. Vào thời điểm năm 2011, con số này chỉ tăng 40 nghìn lần.
Ngành CNTT đã quen với sự tăng trưởng nhanh chóng về sức mạnh tính toán, vì vậy các kỹ sư đang tìm cách mở rộng Định luật Moore và vượt qua những thách thức do các quy tắc của Coomey và Dennard đặt ra. Đặc biệt, các công ty, viện nghiên cứu đang tìm kiếm giải pháp thay thế cho công nghệ bóng bán dẫn và silicon truyền thống. Chúng ta sẽ nói về một số lựa chọn thay thế có thể vào lần tới.
Những gì chúng tôi viết trong blog của công ty:
Báo cáo của chúng tôi từ VMware EMPOWER 2019 trên Habré:
Nguồn: www.habr.com