Νόμος περί θραύσης του Moore: Πώς οι chipmakers πιέζουν τους υπολογιστές να φουσκώσουν νέα επίπεδα

Δεν υπάρχουν δύο τρόποι γύρω από αυτό: Ο υπολογιστής επιβραδύνεται με την ηλικία

Αυτό μπορεί να είναι λίγο σκληρό οι υπολογιστές είναι γρηγορότεροι και μικρότεροι από ποτέ - αλλά η απόδοση του επεξεργαστή απλά δεν προχωράει στο ρυθμό του. Ταυτόχρονα, τα 50 με 60 τοις εκατό άλματα στις ετήσιες επιδόσεις ήταν συνηθισμένα. Τώρα, οι 10 έως 15 τοις εκατό βελτιώσεις είναι ο κανόνας.

Ευτυχώς, υπολογιστές ηλικίας 5 ετών και άνω μπορούν ακόμα να αντιμετωπίσουν τις καθημερινές εργασίες, και έτσι η επιβράδυνση της απόδοσης δεν είναι τεράστιο θέμα. Επιπλέον, είναι ωραίο να μην χρειάζεται να αντικαθιστάτε τον υπολογιστή σας κάθε άλλο έτος κατά τη διάρκεια μιας οικονομίας κάτω. Ωστόσο, η τεχνολογία δεν προχωρά παραμένοντας στο status quo. Η μελλοντική ανάγκη ταχύτητα !

"Δεν νομίζω ότι υπάρχει κάτι τέτοιο. Η ετερογενής αρχιτεκτονική είναι ο δρόμος του μέλλοντος. τα μεγαλύτερα ονόματα στους επεξεργαστές υπολογιστών δεν ικανοποιούνται με το status quo. Οι κατασκευαστές τσιπ εργάζονται με άσχημο τρόπο για να λύσουν τα προβλήματα που δημιουργούνται από την επιβράδυνση του Νόμου του Moore και την άνοδο του τείχους ισχύος, σε μια προσπάθεια να κρατηθεί το πεντάλ της απόδοσης στο μέταλλο.

Ποια είναι τα ριζοσπαστικά κόλπα που έχουν τα μανίκια τους; Αρκετά διαφορετικά είδη, στην πραγματικότητα-και το καθένα έχει μεγάλες δυνατότητες για το μέλλον. Ας ρίξουμε μια ματιά πίσω από την κουρτίνα

Intel: Με βάση τους ώμους των γιγάντων

Το Wikipedia / Wikimedia CommonsCist τρανζίστορ μετρά όλα αυτά τα χρόνια. (Κάντε κλικ για να επεκταθείτε.)

Μπορούμε να καταγράψουμε τα σημερινά μικρά κέρδη από τις επιδόσεις σε μια βλάβη στο νόμο του Moore; ΟΧΙ ακριβως. Η θρυλική γραμμή του Moore μπορεί συχνά να είναι λανθασμένη για να μιλήσει για την απόδοση της CPU, αλλά το γράμμα του Νόμου περιστρέφεται γύρω από τον αριθμό των τρανζίστορ σε ένα κύκλωμα που διπλασιάζεται κάθε δύο χρόνια.

Ενώ άλλοι κατασκευαστές τσιπ έχουν αγωνιστεί να συρρικνώσουν τα τρανζίστορ και να συμπιέσουν περισσότερα από αυτά σε ένα τσιπ, η Intel - η ίδια η εταιρεία Moore συνυπάρχει - τήρησε το νόμο του Moore από την έκθεσή του, ένα επίτευγμα που μπορεί να βρεθεί στα πόδια της μικρής στρατιωτικής μηχανής της Intel. Όχι μόνο οι μηχανικοί,

οι μηχανικοί.

Καθώς τα τρανζίστορ γίνονται πιο σφιχτά συσκευασμένα, τα προβλήματα θερμότητας και ενεργειακής απόδοσης είναι σημαντικά προβλήματα. Τώρα που τα τρανζίστορ φτάνουν σχεδόν απεριόριστα μικρά μεγέθη, κάθε ένα από τα τρανζίστορ των τριών δισεκατομμυρίων σε τσιπ Ivy Bridge της Intel μετράει 22 νανόμετρα (nm), ή περίπου 0.000000866 ίντσες-κατακτώντας αυτά τα δεινά παίρνει δημιουργική σκέψη. σκληρά ", δήλωσε ο τεχνικός διευθυντής της Intel, Chuck Mulloy, σε τηλεφωνική συνέντευξη. "Πραγματικά, είναι πραγματικά σκληρό. Θέλω να πω, είμαστε σε ατομικό επίπεδο." Για να διατηρηθεί η πρόοδος a-rollin, η Intel έκανε κάποιες σημαντικές αλλαγές στον βασικό σχεδιασμό των τρανζίστορ κατά το παρελθόν δεκαετία. Το 2002, η εταιρεία ανακοίνωσε ότι μετέτρεψε το λεγόμενο "στραγγαλισμένο πυρίτιο", το οποίο αύξησε την απόδοση των τσιπ κατά 10 έως 20 τοις εκατό ελαφρώς παραμορφώνοντας τη δομή των κρυστάλλων πυριτίου. Συγκεκριμένα, καθώς οι τρανζίστορ συνεχίζουν να συρρικνώνονται, υποφέρουν από αυξημένη διαρροή ηλεκτρονίων, πράγμα που τους καθιστά πολύ λιγότερο αποδοτικό. Δύο πρόσφατα tweaks καταπολεμούν τη διαρροή με νέους τρόπους.

Χωρίς να πάρει υπερβολικά περίεργο, η εταιρεία ξεκίνησε με την εναλλαγή των τυποποιημένων μονωτήρων διοξειδίου του πυριτίου των τρανζίστορ υπέρ των πιο αποδοτικών μονωτήρων υψηλής μεταλλικής πύλης κατά τη στροφή της 45nm διαδικασία παραγωγής. Ακούγεται απλό, αλλά ήταν πραγματικά μια μεγάλη υπόθεση. Ακολούθησε μια ακόμη πιο μνημειώδης αλλαγή, με την εισαγωγή τρισδιάστατης τεχνολογίας τρανζίστορ σε τσιπ Ivy Bridge της Intel.

IntelAn εικόνα που συγκρίνει τη ροή των ηλεκτρονίων μέσω των επίπεδων (αριστερά) (δεξιά) τρανζίστορ. Τα ηλεκτρόνια σε τρανζίστορ τριπλής ροής ρέουν στο κατακόρυφο επίπεδο, σε σύγκριση με την επίπεδη ροή των παραδοσιακών επίπεδων τρανζίστορ

Τα παραδοσιακά "επίπεδη" τρανζίστορ έχουν ένα ζευγάρι "πύλες" από τις δύο πλευρές των καναλιών που μεταφέρουν ηλεκτρόνια. Τα τρανζίστορ τριών πύλων έσπασαν αυτή τη δισδιάστατη σκέψη με την προσθήκη μιας τρίτης πόρτας

πάνω από

του καναλιού, συνδέοντας τις δύο πλευρικές πύλες. Ο σχεδιασμός βελτιώνει την αποτελεσματικότητα μειώνοντας τις διαρροές ενώ μειώνει τις ανάγκες σε ενέργεια. Και πάλι, ακούγεται απλό, αλλά η κατασκευή τρισδιάστατων τρανζίστορ απαιτεί τεράστια τεχνική ακρίβεια. Προς το παρόν, η Intel είναι ο μοναδικός επεξεργαστής αποστολής chip με τρισδιάστατα τρανζίστορ. Ποιά είναι λοιπόν η Intel; Η εταιρεία δεν λέει. Στην πραγματικότητα, ο Mulloy λέει ότι κάθε τεχνολογία που η εταιρεία μπορεί να χρησιμοποιεί, όπως για παράδειγμα η διαδικασία κατασκευής ακραίας υπεριώδους λιθογραφίας επόμενης γενιάς, μπαίνει σε μια "μαύρη τρύπα" PR πριν από την εισαγωγή της Intel στις μάρκες της. Αλλά, τόνισε, οι προηγούμενες βελτιώσεις που συζητήθηκαν παραπάνω δεν σταματούν μόνο όταν παρουσιάζονται στο κοινό. «Οι άνθρωποι τείνουν να σκέφτονται» Η Intel το χρησιμοποίησε, τώρα είναι στο επόμενο πράγμα », είπε. "Το στραγγισμένο πυρίτιο δεν διέφυγε όταν προσθέσαμε τις δυνατότητες της μεταλλικής πύλης high-k. Η μεταλλική πύλη High-k δεν έφυγε όταν πήγαμε σε τρανζίστορ με τρία πύλη - εξακολουθούμε να χτίζουμε και να βελτιώνουμε αυτό. στην τέταρτη γενιά του τεταμένου πυριτίου, την τρίτη γενιά μεταλλικής πύλης high-k και τα επερχόμενα τσιπ 14nm θα είναι η δεύτερη γενιά tri-gate. " Η καλύτερη τεχνολογία τσιπ εκεί έξω συνεχίζει να βελτιώνεται.

Και για ό, τι αξίζει, η Intel σκέφτεται ότι ο νόμος του Moore θα συνεχίσει αμείωτα για

τουλάχιστον

δύο ακόμα γενιές συρρίκνωσης τρανζίστορ. AMD: Ωστόσο, η Intel δεν είναι ο μοναδικός κατασκευαστής τσιπ στην πόλη. Αντί να στοιχηματίζει καθαρά τις βελτιώσεις στην τεχνολογία των τρανζίστορ, ο αντίπαλος AMD σκέφτεται ότι το μέλλον της απόδοσης εξαρτάται από τη μείωση των επεξεργαστών, χάνοντας κάποιες από τις φόρμες εργασίας σε άλλους επεξεργαστές που μπορεί να είναι πιο κατάλληλοι για συγκεκριμένα καθήκοντα. Επεξεργαστές γραφικών, για παράδειγμα, καπνός

μέσω εργασιών που απαιτούν πληθώρα ταυτόχρονων υπολογισμών, όπως ρωγμές με κωδικό πρόσβασης, εξόρυξη Bitcoin και πολλές επιστημονικές χρήσεις.

Κάποτε ακούστηκε παράλληλος υπολογισμός; « « Η μετάβαση σε μικρότερους κόμβους στην πλευρά του τρανζίστορ αυξάνει την απόδοση [CPU] από 6 σε 8 σε ίσως

10 τοις εκατό, από έτος σε έτος », λέει η Sasa Marinkovic, κορυφαίος κατασκευαστής μάρκετινγκ τεχνολογίας στην AMD. "Για παράδειγμα, για τον Internet Explorer 8 έως το IE9, η αύξηση της απόδοσης ήταν 400 τοις εκατό -

τέσσερις φορές

η απόδοση της προηγούμενης γενιάς και όλα χάρη στο Η επιτάχυνση GPU του IE9. «Βλέπουμε αυτό το είδος άλματος απόδοσης που παίζει στο σημερινό φάκελο εξουσίας ή μπορείτε να μειώσετε σημαντικά το φάκελο εξουσίας και να δείτε την ίδια απόδοση που έχετε σήμερα», λέει ο Marinkovic Η AMD έχει εισέλθει σε μια ετερογενή αρχιτεκτονική συστήματος - καθώς η μέθοδος κατανομής του φόρτου εργασίας μεταξύ πολλών επεξεργαστών σε ένα μόνο τσιπ καλείται στις δημοφιλείς επιταχυνόμενες μονάδες επεξεργασίας ή APU, συμπεριλαμβανομένης της μονάδας που ενεργοποιεί την επικείμενη κονσόλα παιχνιδιών PlayStation 4. Τα APU περιέχουν παραδοσιακούς πυρήνες CPU και μεγάλο πυρήνα γραφικών Radeon στην ίδια μήτρα, όπως φαίνεται στο παραπάνω διάγραμμα. Η CPU και η GPU στα APU Kaveri του επόμενου γενιάς της AMD θα μοιράζονται την ίδια μνήμη, θα θολώνουν ακόμη περισσότερο τις γραμμές και θα προσφέρουν ακόμα πιο γρήγορη απόδοση. Η AMD δεν είναι ο μόνος κατασκευαστής chip που υποστηρίζει την ιδέα του παράλληλου υπολογισμού. Η εταιρεία ήταν ιδρυτικό μέλος του Ιδρύματος HSA, μιας κοινοπραξίας κορυφαίων κατασκευαστών τσιπ - αν και sans

Intel και Nvidia - που εργάζονται μαζί για να δημιουργήσουν πρότυπα που θα πρέπει να κάνουν ευκολότερα στο μέλλον τον προγραμματισμό για παράλληλες υπολογιστικές εφαρμογές.

Είναι καλό το γεγονός ότι οι κορυφαίες εταιρείες του κλάδου παρέχουν τη σπονδυλική στήλη του οράματος του Ιδρύματος HSA, διότι προκειμένου να επιτευχθεί το μεγάλο ετερογενές μέλλον των παράλληλων υπολογιστών, τα προγράμματα και οι εφαρμογές πρέπει να γραφτούν ειδικά για να επωφεληθούν από το σχεδιασμός υλικού.

HSA Foundation "Το λογισμικό είναι το κλειδί", παραδέχεται ο Marinkovic. "Όταν εξετάζετε τις APU με [πλήρης συμβατότητα HSA] και χωρίς πλήρη HSA, το λογισμικό θα πρέπει να αλλάξει. Αλλά θα είναι μια αλλαγή προς το καλύτερο … Όπου θέλουμε να φτάσουμε είναι κωδικός-μία φορά και να χρησιμοποιούμε παντού. έχετε την αρχιτεκτονική HSA σε όλες αυτές τις διαφορετικές εταιρείες HSA Foundation, ελπίζουμε ότι θα μπορείτε να γράψετε ένα πρόγραμμα για έναν υπολογιστή και να το εκτελέσετε στο smartphone ή στο tablet σας με μερικές μικρές αλλαγές ή σύνταξη. " Μπορείτε ήδη να βρείτε την εφαρμογή (APIs) που επιτρέπουν την παράλληλη επεξεργασία υπολογιστών GPU, όπως η πλατφόρμα CUDA της GeForce-centric της Nvidia, το API DirectCompute API που ψήνεται στο DirectX 11 σε σύστημα Windows και το OpenCL, μια λύση ανοιχτού κώδικα που διαχειρίζεται ο όμιλος Khronos. η επιτάχυνση του υλικού σημειώνεται μεταξύ των προγραμματιστών λογισμικού, αν και τα περισσότερα από τα προγράμματα χειρίζονται εντατικά γραφικά με κάποιο τρόπο. Ο Internet Explorer και το Flash είναι για παράδειγμα. Μόλις την περασμένη εβδομάδα, η Adobe ανακοίνωσε ότι προσθέτει υποστήριξη OpenCL για την έκδοση των Windows του Premiere Pro. Σύμφωνα με εκπρόσωπους, οι χρήστες με διακριτή κάρτα γραφικών AMD ή APU θα είναι σε θέση να αξιοποιήσουν την επιτάχυνση της GPU για να επεξεργαστούν HD και 4K βίντεο σε πραγματικό χρόνο ή να εξάγουν βίντεο μέχρι και 4,3 φορές ταχύτερα από το βασικό μη επιταχυνόμενο λογισμικό. δεν νομίζω ότι υπάρχει κάτι τέτοιο, "λέει ο Μαρινκόβιτς. "Η ετερογενής αρχιτεκτονική

είναι

ο δρόμος του μέλλοντος.

Το OPEL: τόσο καιρό, πυρίτιο, γεια, αρσενικό γάλλιο!

Αλλά το μέλλον βασίζεται στην τεχνολογία πυριτίου,

Σίγουρα, βραχυπρόθεσμα. Σίγουρα όχι, μακροπρόθεσμα. Κάποια στιγμή στο μέλλον - οι ειδικοί δεν ξέρουν ακριβώς πότε-το πυρίτιο θα φτάσει στα όριά του και απλά δεν θα μπορέσει να προωθηθεί περαιτέρω. Οι κατασκευαστές τσιπ θα πρέπει να στραφούν σε άλλο υλικό.

MITThe άποψη ενός τρανζίστορ αρσενιδίου του ινδίου γαλλίου που κατασκευάστηκε από τους ερευνητές του MIT. Η μέρα είναι πολύ μακριά, αλλά οι ερευνητές ήδη ερευνούν εναλλακτικές λύσεις. Οι επεξεργαστές Graphene λαμβάνουν πολλή διαφημιστική εκστρατεία ως πιθανό διάδοχο πυριτίου, αλλά η OPEL Technologies πιστεύει ότι το μέλλον βρίσκεται στο αρσενικό του γαλλίου. Η OPEL εξειδικεύει την τεχνολογία του αρσενικού γαλλίου στο επίκεντρο της πλατφόρμας POET (Planar Opto Electronic Technology) για περισσότερα από 20 χρόνια και η εταιρεία συνεργάστηκε με την BAE και το Υπουργείο Άμυνας των ΗΠΑ (μεταξύ άλλων) για την επικύρωσή της. Ενώ ο προηγούμενος επεξεργαστής εισέρχεται σε αρσενικό του γαλλίου έχει τελειώσει σε ήπια απογοήτευση, οι εκπρόσωποι της OPEL λένε ότι η ιδιόκτητη τεχνολογία τους είναι έτοιμη για το μεγάλο χρονικό διάστημα.

Ο OPEL έφυγε πρόσφατα από το στάδιο R & D και δεν προσπάθησε να κατασκευάσει τρανζίστορ στο Ivy Bridge 20nm, αλλά η εταιρεία υποστηρίζει ότι στα 800nm, οι επεξεργαστές αρσενικού γαλλίου είναι ταχύτεροι από το σημερινό πυρίτιο

και

χρησιμοποιούν περίπου τη μισή τάση.

"Αν θέλατε να ταιριάξετε την ταχύτητα των σημερινών επεξεργαστών πυριτίου, περίπου ένα ρυθμό ρολογιού 3GHz, δεν θα χρειαστεί να πάτε μέχρι 20 ή 30 νανόμετρα », λέει ο επικεφαλής επιστήμονας του OPEL Dr. Geoffrey Taylor. "Heck, θα μπορούσε να χτυπήσει ίσως ότι σε 200nm." Και αυτό χρησιμοποιεί πλανητική τεχνολογία,

όχι

3D τρανζίστορ.

Ένα από τα μεγαλύτερα προβλήματα που αντιμετωπίζει η εναλλακτική λύση πυριτίου είναι ότι το πυρίτιο είναι η πιο προηγμένη τεχνολογία στον κόσμο, με δισεκατομμύρια επενδύσεις στην κατασκευή επεξεργαστών πυριτίου μέγιστη απόδοση. Θα είναι δύσκολο να πείσουμε την Intel, την AMD, την ARM και το Ίδρυμα HSA να αφήσουν όλα αυτά για ένα νέο υλικό. Το OPEL λέει ότι η τεχνολογία του έχει μια μεγάλη επικάλυψη με τις σημερινές μεθόδους κατασκευής πυριτίου. "Είναι επεκτάσιμη και είναι βολική για την CMOS", λέει ο εκτελεστικός διευθυντής Peter Copetti. «Αυτό είναι πολύ σημαντικό: στις συζητήσεις μας με τα διάφορα χυτήρια και τις εταιρείες ημιαγωγών, το πρώτο πράγμα που θέτουν είναι« Πρέπει να ανανεώσω τις εγκαταστάσεις μου; » Η επένδυση εδώ είναι ελάχιστη, διότι το σύστημά μας είναι συμπληρωματικό προς αυτό που υπάρχει εκεί. Η OPEL λέει επίσης ότι οι δίσκοι της είναι επαναχρησιμοποιήσιμοι Ευρωπαϊκός Οργανισμός ΔιαστήματοςΔημιουργήθηκε από την Ευρωπαϊκή Υπηρεσία Διαστήματος καθαρό δωμάτιο για την κατασκευή τσιπ

Ο διεθνής τεχνολογικός χάρτης πορείας για τους ημιαγωγούς έχει προσδιορίσει το αρσενικό του γαλλίου ως πιθανή αντικατάσταση του πυριτίου κάπου μεταξύ 2018 και 2026. Υπάρχει ακόμα ένας τόνος δοκιμών και μετάβασης που πρέπει να γίνουν πριν το αρσενικό του γαλλίου συλλαμβάνει οποιαδήποτε της κύριας αγοράς επεξεργαστών PC, αλλά αν ακόμα και ένα κλάσμα των ισχυρισμών του OPEL ισχύει, η τεχνολογία του θα μπορούσε να δώσει μεγάλη δύναμη στους επεξεργαστές του μέλλοντος.

Λοιπόν, τουλάχιστον μέχρι να σπάσουμε τα μοριακά τρανζίστορ ή τα κβαντικά υπολογιστικά. Αλλά αυτό είναι ένα ολόκληρο άρθρο … …

Πηγαίνοντας προς ένα αύριο το οποίο λιώνει το πρόσωπο

Έτσι, μετά από όλα αυτά τα πράγματα -για έχετε μια καλύτερη ιδέα για το πού κατευθύνεται το μέλλον της απόδοσης του Η / Υ. Οι πρωτοβουλίες της Intel, της AMD και της OPEL αντιμετωπίζουν τα κακά προβλήματα με διαφορετικούς τρόπους, αλλά αυτό είναι καλό. Δεν θέλετε όλα τα δυνητικά σας αυγά σε ένα μόνο καλάθι, τελικά.

Και καλύτερα από όλα, εάν όλα αυτά τα διαφορετικά κομμάτια του παζλ επιδόσεων PC αποδειχθούν επιτυχημένα, τα θα μπορούσαν να συγχωνευθούν θεωρητικά Voltron-like μόδα για να δημιουργήσει ένα ισχυρό, GPU-υποβοηθούμενο, tri-gate gallium arsenide επεξεργαστή που θα μπορούσε να φυσήξει τα παντελόνια μακριά ακόμα και το beefiest των σημερινών επεξεργαστών Core i7.

Η σημερινή καμπύλη απόδοσης μπορεί να ισοπεδώσει, αλλά το μέλλον ποτέ δεν φαινόταν τόσο

beastly