Zákon o porušování zákona Moore: Jak výrobci čipů tlačí počítače na puchýře nových úrovní

Okolo toho neexistují dva způsoby: Počítač se s věkem zpomaluje

To může být trochu drsné -počítače jsou rychlejší a menší než kdy předtím, ale výkon procesoru prostě nedosahuje svého minulého temného kroku. Jedním z nich bylo 50 až 60 procentní skoky meziročního výkonu. Nyní je normou 10 až 15 procent zlepšení.

Naštěstí mohou počítače s pěti a více lety stále vyřešit každodenní úkoly, takže zpomalení výkonu není obrovským problémem. Navíc je hezké, že nemusíte nahradit počítač každý druhý rok během ekonomiky. Technologie však nedosahuje zachování status quo. Budoucnost potřebuje rychlost !

"Nemyslím si, že by to bylo nějaké ifs nebo buts o. Heterogenní architektury jsou cesta do budoucna. největší jména v procesorech počítače nejsou spokojeni se status quo. Výrobci čipů pracují zuřivě na řešení problémů způsobených zpomalením Moorova zákona a vzestupu zdi, aby se udržel výkonový pedál na kov.

Takže, jaké druhy radikálních triků mají své rukávy ? Několik různých druhů - a každý má pro budoucnost velký potenciál. Pojďme se podívat za oponou.

Intel: Buduje na ramenou obrů

Wikipedia / Wikimedia CommonsChip tranzistory počítá po celé roky. (Klikněte pro rozbalení.)

Můžeme křídit dnešní nepatrné zisky z výkonu na rozpad Mooreho zákona? Ne tak docela. Mooreova legendární linka může být často chybně citována, aby mluvila o výkonu procesoru, ale dopis zákona se točí kolem počtu tranzistorů na obvodu, který se zdvojnásobuje každé dva roky.

Zatímco ostatní výrobci čipů se snažili zmenšit tranzistory a vytlačit více z nich na čip, společnost Intel - společnost Moore, která je spoluzakladatelem - udržuje krok s Moorovým zákonem od jeho výpovědi, což je úspěch, který lze postavit na nohách malé armády inženýrů společnosti Intel. Nejen pro všechny inženýry

inženýři

Jelikož se tranzistory stávají těsněji zabalenými, stávají se problémy se zvýšenou spotřebou tepla a energetické účinnosti. Nyní, když tranzistory dosáhnou téměř nekonečně malých rozměrů - každý z miliard tranzistorů v čipu Intel Ivy Bridge měří 22 nanometrů (nm), nebo zhruba 0.000000866 palců-dobývání těchto strastí se kreativně myslí.

"Není pochyb o tom, že je to stále "řekl technický manažer společnosti Chuck Mulloy v telefonním rozhovoru. "Opravdu, opravdu je těžké, myslím, že jsme na atomové úrovni."

Pro pokračování a-rollin ', Intel učinil několik významných změn základního návrhu tranzistorů v minulosti desetiletí. V roce 2002 společnost oznámila, že přechází na takzvaný "napjatý křemík", čímž zvýšil výkon čipu o 10 až 20 procent tím, že lehce deformoval strukturu křemíkových krystalů. Konkrétně, jelikož tranzistory se nadále zmenšují, trpí zvýšeným únikem elektronů, což je činí mnohem méně účinnými. Dvě nedávné vylepšení bojují proti tomuto úniku novými způsoby.

Společnost bez toho, aby se dostala příliš podrážděná, začala vyměňovat standardní izolátory křemíkového oxidu z tranzistorů ve prospěch efektivnějších izolátorů s vysokou kovovou hradicí při jejich přesunu do 45nm výrobní proces. Zní to jednoduše, ale ve skutečnosti to bylo velké. To bylo následováno ještě monumentální změnou se zavedením tranzistorové technologie "tri-gate" nebo "3D" v současných čipů Intel Ivy Bridge.

Obrázek IntelAn porovnávající tok elektronů přes planární (levý) a tri- brány (pravé) tranzistory. Elektrony v tříbranových tranzistorech proudí ve svislé rovině ve srovnání s plochým proudem tradičních rovinných tranzistorů.

Tradiční "planární" tranzistory mají pár "bran" na obou stranách kanálů, které nesou elektrony. Tri-gate tranzistory rozbité, že dvojrozměrné myšlení s přidáním třetí brány

přes kanálu, spojující dvě boční brány. Konstrukce zvyšuje účinnost tím, že snižuje úniky a snižuje spotřebu energie. Znovu to zní jednoduše, ale výroba trojrozměrných tranzistorů vyžaduje obrovskou technickou přesnost. V současné době je Intel jedinými procesory pro přepravu čipových jednotek s 3D tranzistory. Tak co je pro Intel příští? Společnost to neříká. Ve skutečnosti Mulloy říká, že jakákoli technologie, kterou může firma

používat, jako například proces výroby extrémních ultrafialových litografií další generace, do společnosti "černou díru" let předtím, než Intel uvede do svých čipů. Zdůraznil však, že výše popsaná zlepšení, která jsou popsána výše, se nezastaví, až budou představeny veřejnosti. "" Lidé mají tendenci si myslet, že Intel to využil, a teď se chystá na další věc, "" Mulloy řekl. "Silný křemík nezmizel, když jsme přidali možnosti kovové brány s vysokým kováním kovu. Kovová brána High-k nezmizela, když jsme šli na tri-gate tranzistory - budeme stále stavět a vylepšovat. ve čtvrté generaci napjatého křemíku, třetí generace high-k kovové brány a naše nadcházející 14nm čipy budou druhou generací tříbrany. " Nejlepší čipová technologie tam se stále zlepšuje. Oh, a za to, co stojí za to, Intel si myslí, že Mooreův zákon bude pokračovat neomezeně o

nejméně o

o dalších dvou tranzistorově zmenšených generacích.

AMD: Paralelní výpočty < Intel však není jediným výrobcem čipů ve městě. Spíše než sázet čistě na vylepšení tranzistorové technologie, soupeř AMD si myslí, že budoucnost výkonových závislostí na řezání CPU někdy zpomalí přesunem části pracovního zatížení na jiné procesory, které by mohly být vhodnější pro konkrétní úkoly. Grafické procesory, například kouř, vyžadují množství simultánních výpočtů, jako je prasknutí heslem, těžba Bitcoin a mnoho vědeckých použití.

Už jste někdy slyšeli o paralelních výpočtech?

"Procházení menších uzlů na straně tranzistoru zvyšuje výkon [CPU] o 6 až 8 na možná 10 procent ročně, "říká Sasa Marinkovič, senior technologický marketingový výrobce společnosti AMD. "Přidání GPU s výpočetními funkcemi GPU dává mnohem větší zisky. Například pro Internet Explorer 8 až IE9 byl zvýšení výkonu o 400 procent -

čtyřikrát

výkon předchozí generace a to vše díky Zrychlení GPU [IE9]. "

" Vidíme, že tento typ skokového výkonu hraje v dnešní silové obálce, nebo můžete výrazně snížit výkonovou obálku a vidět stejný výkon [máte dnes], "říká Marinkovič. AMD se blížila k heterogenní systémové architektuře - metoda distribuce pracovní zátěže mezi několika procesory na jediném čipu se nazývá - v populárních akcelerovaných procesorových jednotkách nebo APU včetně té, která napájí nadcházející herní konzoli PlayStation 4. APU obsahují tradiční jádra CPU a velké grafické jádro Radeon na stejné matrici, jak je uvedeno v blokovém schématu výše. CPU a grafický procesor GPU v příštích generacích AMD Kaveri APU budou sdílet stejnou paměťovou paměť, rozostřují řady ještě více a nabízejí ještě rychlejší výkon. AMD není jediným výrobcem čipů, který podporuje myšlenku paralelního výpočtu. Společnost byla zakládajícím členem Nadace HSA, konsorcia špičkových výrobců čipů, i když sans Intel a Nvidia, které společně pracují na vytváření standardů, které by měly v budoucnu snadněji usnadnit programování pro paralelní výpočetní techniku. Je dobrá věc, že ​​přední společnosti poskytují páteřní vizi Nadace HSA, protože k tomu, aby se uskutečnila velká heterogenní budoucnost paralelních výpočtů, musí být programy a aplikace speciálně psány, aby využily výhodu konstrukce hardwaru

Nadace HSA

"Software je klíčem," přiznává Marinkovič. "Když se podíváte na APU s [úplnou HSA kompatibilitou] a bez plného HSA, software se bude muset změnit. Ale to bude změna k lepšímu … Kde chceme dostat se do kódu jednou a použít všude. máte architekturu HSA ve všech těchto různých společnostech HSA Foundation, doufejme, že budete moci naprogramovat program pro PC a spustit jej na vašem smartphonu nebo tabletu s malým vylepšením nebo kompilací. "

Již můžete najít aplikaci (API), které umožňují paralelní výpočet GPU, jako je například platforma Nvidia GeForce-centric CUDA, API DirectCompute API pečené do systému DirectX 11 v systému Windows a OpenCL, otevřené řešení spravované skupinou Khronos. Hardware vyvíjí hardwarovou akceleraci u vývojářů softwaru, ačkoli většina programů zvládne nějakou intenzivní grafiku. Internet Explorer a Flash jsou například na rozcvičení. Právě minulý týden společnost Adobe oznámila, že přidává podporu OpenCL pro verzi systému Windows Premiere Pro. Podle představitelů mohou uživatelé s diskrétní grafickou kartou AMD nebo APU využít tuto akceleraci GPU k úpravě HD a 4K videí v reálném čase nebo exportovat videa až 4,3krát rychleji než základní nezrychlený software. "I nemysli si, že na tom je nějaký problém, "říká Marinkovič. "Heterogenní architektura je

cesta do budoucna.

OPEL: Tak dlouho, křemík, ahoj, arsenid gallia!

Ale je to budoucnost založená na silikonové technologii, Určitě, krátkodobě. Určitě ne, v dlouhodobém horizontu. Někdy v budoucnosti - odborníci neví přesně, kdy - křemík dosáhne svých hranic a jednoduše nebude moci být tlačil dále. Výrobci čipů budou muset přepnout na jiný materiál.

MITVýhled tranzistoru indium gallia arsenidu vyrobeného výzkumníky MIT

Tento den je daleko, ale výzkumníci již zkoumají alternativy. Graepénové procesory obdržely spoustu humbuk jako potenciálního nástupce křemíku, ale OPEL Technologies si myslí, že budoucnost spočívá v arzenidu galia. OPEL dokonalé vyladění technologie arsenidu galia v srdci své platformy POET (Planar Opto Electronic Technology) již více než 20 let a společnost spolupracovala s BAE a americkým ministerstvem obrany (mimo jiné), aby jej ověřila. Zatímco minulý procesor se dostal do arsenidu galia, skončil se s mírným zklamáním, zástupci společnosti OPEL tvrdí, že jejich proprietární technologie jsou připravena na velkou dobu. OPEL jen nedávno opustil fázi výzkumu a vývoje a nepokusil se učinit zbytečnými tranzistory na Ivy Bridge 20nm velikost, ale společnost tvrdí, že u 800nm ​​jsou procesory arsenidu gallium rychlejší než dnešní křemík

a

používají zhruba polovinu napětí.

"Pokud jste chtěli odpovídat rychlosti dnešních silikonových procesorů, přibližně hodinová frekvence 3GHz, nebudete muset jít až na 20 nebo 30 nanometrů, "říká hlavní vedoucí společnosti OPEL Dr. Geoffrey Taylor. "Sakra, pravděpodobně byste to mohla zasáhnout na 200nm." A to je pomocí planární technologie,

ne

3D tranzistorů.

Jedním z největších problémů křemíku je, že křemík je nejmodernější technologie na světě s miliardami investovaných do výroby křemíkových procesorů maximální účinnost. Bude to těžké přesvědčit Intel, AMD, ARM a Nadaci HSA, aby vše zahodily za nový materiál. Společnost OPEL říká, že její technologie se značně překrývají se stávajícími způsoby výroby křemíku.

"Je to škálovatelné a je to CMOS," říká výkonný ředitel Peter Copetti. "Je to velmi důležité. V našich diskusích s různými slévárnami a výrobci polovodičů se první otázka zeptá:" Musím znovu vybavit své zařízení? " Tato investice je minimální, protože náš systém je doplňkem toho, co je tam právě teď. " OPEL také říká, že oplatky jsou opět použitelné. Evropská kosmická agentura a evropská kosmická agentura čistá místnost pro výrobu čipů Mezinárodní technologická cestovní mapa pro polovodiče identifikovala arsenid gallium jako potenciální křemíkovou náhradu někdy mezi roky 2018 a 2026. Je třeba ještě provést testování a přechod, než se arsenid gallia zachytí

jakýkoli, ale pokud i zlomek tvrzení společnosti OPEL platí pravdu, její technologie by mohla velmi dobře napomoci procesorům budoucnosti. No alespoň dokud nebudeme prasknout molekulární tranzistory nebo kvantové výpočty. Ale to je celý článek …

Zítra zítra

Takže, po tom všem! - Máte lepší představu o tom, kde se bude konat budoucnost výkonu PC. Iniciativy společností Intel, AMD a OPEL se každopádně zabývají velkými problémy různými způsoby, ale to je dobrá věc. Nechcete, aby všechny vaše potenciální vejce v jednom košíku, koneckonců. A nejlépe, pokud se všechny ty nesrovnatelné kusy výkonné puzzle PC ukáží jako úspěšné, mohli by se teoreticky sloučit

Voltron-like módu, aby vytvořil uber-výkonný, GPU-asistovaný, tri-gate galaxie arsenidový procesor, který by mohl vyhodit kalhoty mimo dokonce i beefiest dnešních procesorů Core i7.

Dnešní výkonnostní křivka může být zploštění, ale budoucnost nikdy nevypadal tak beastly.