Общ

Няма повече транзистори: Краят на закона на Мур


През 1965 г. Гордън Мур предлага броят на транзисторите на силициев чип да се удвоява всяка година. Законът на Мур, както е известен сега, се оказа пророчески за експоненциалното нарастване на изчислителната мощ, което направи възможно голяма част от съвременния свят.

От около 2010 г. обаче законът на Мур започна да се разпада и мнозина днес питат дали нашата епоха на безпрецедентен растеж е към края си.

Малък транзистор

Гордън Мур е съосновател на Intel Corporation и един от хората, отговорни в голяма степен за компютърната ера.

Работата му със силициевия транзистор започва през 1956 г., когато отива да работи за изобретателя на транзистора Уилям Шокли и оттогава е неразделен с транзистора.

Транзисторът произвежда, усилва и насочва електрически сигнал, като използва три извода, източник, затвор и дренаж.

Когато напрежението е приложено към проводника на затвора, входящият ток в проводника на източника ще може да премине през изводния канал. Отстранете напрежението от кабела на портата и токът не може да премине.

Това прави създаването на начин за изчисляване на логически стойности, 1 и 0 в компютърно изражение, въз основа на това дали има напрежение, приложено към портата и източниците.

Свържете дренажния проводник на транзистора към източника на проводника или проводника на затвора на друг транзистор и изведнъж можете да започнете да произвеждате невероятно сложни логически системи.

Сравнима с неврона на човешкия мозък, тази мрежа от транзистори е отговорна за функционирането на почти всички съвременни устройства, от цифров будилник до суперкомпютър.

И колкото повече транзистори можете да поставите на чип, толкова по-мощна от изчисления става тази мрежа.

Така че, когато Мур беше помолен да представи доклад в списанието Електроника прогнозирайки бъдещето на технологиите, той прегледа данните за производството на силициеви чипове на Fairchild.

Той открива, че броят на транзисторите на силициев чип се удвоява всяка година и предлага в своя доклад през Електроника че този темп на растеж ще продължи, като по-късно ще го преразгледа до по-консервативно удвояване на всеки 2 години през 1975 г.

Макар че не е закон в математически смисъл, законът на Мур издава: приблизително на всеки 18 месеца, транзисторът ще бъде половината от размера на настоящия транзистор.

Това означаваше, че повече транзистори могат да бъдат опаковани в чип, което стимулира експоненциалния ръст на изчислителната мощност през следващите 40 години.

Защо законът на Мур се нарушава?

Има три основни фактора, които допринасят за забавянето на растежа на мощността на процесора, и всички те са свързани.

Първо, имате изтичане на електричество. В продължение на десетилетия, когато транзисторите намаляваха, те ставаха по-енергийно ефективни.

Сега обаче те са станали толкова малки, колкото 10 нанометра, че каналът, който пренася електрическия ток през транзистора, не винаги може да го съдържа.

Това генерира топлина, която може да износва транзисторите по-бързо, което ги прави още по-податливи на течове.

Топлината обаче не е ограничена само до един транзистор.

Изтичането на милиарди транзистори може сериозно да застраши целостта на целия чип, така че процесорът трябва да намали количеството напрежение, което приема, или да ограничи броя на използваните транзистори, за да предотврати прегряване, ограничавайки процесорната мощност на чипа.

И накрая, има третата стачка срещу закона на Мур: икономика.

Когато броят на транзисторите се удвои, нараства и количеството топлина, която те могат да генерират. Разходите за охлаждане на големи сървърни помещения стават все по-неустойчиви за много бизнеси, които са най-големите купувачи на най-модерните чипове за обработка.

Докато бизнесът се опитва да удължи живота и ефективността на сегашното си оборудване, за да спести пари, производителите на чипове, отговорни за изпълнението на закона на Мур, носят по-малко приходи, които да отделят за научноизследователска и развойна дейност - което само по себе си става по-скъпо.

Без тези допълнителни приходи става много по-трудно да се преодолеят всички физически пречки за допълнително свиване на транзисторите.

Така че, може би не физическите предизвикателства ще сложат край на закона на Мур, а просто липсата на търсене на по-малки транзистори.

Напредък по други начини

Производителите на чипове и производителите знаят за това предизвикателство пред закона на Мур от поне десетилетие.

Като такива те намират начини да продължат растежа на изчислителната мощност, без да се налага да разчитат само на по-малки транзистори на всеки две години.

Има напредък в алтернативните модели за транзистори, които показаха обещание.

И двата модела транзистори с много порта и три порта предлагат начини за разширяване на закона на Мур за известно време и вече се използват в много електронни устройства.

Но всичко това може да удължи ефективния живот на закона на Мур.

Един от най-ранните и най-ефективни подходи към този проблем беше приемането на многопроцесорни и многоядрени архитектури.

Ако искате повече мощност от чип, който е достигнал границите на своя капацитет, използвайте два или повече чипа вместо един и можете да продължите да увеличавате своята обработваща мощност, макар и с по-големи разходи за консумация на енергия.

Многоядрените системи междувременно използват дизайн на процесор, който включва няколко изпълняващи ядра в един процесор.

Всяко ядро ​​е по-малко мощно от едноядрения дизайн на предишното поколение, но няколко по-малки чипа могат да се използват по-едновременно и по-ефективно и да дадат ефективно увеличение на изчислителната мощност.

Законът на Мур е мъртъв. Да живее законът на Мур!

Краят на закона на Мур, както го знаем, винаги е бил неизбежен. Има физическо ограничение за това какво може да се побере на силициев чип, след като започнете да работите с нанометри.

Отидете по-малко и ще започнете да се занимавате с субатомни частици, което веднага ви поставя в сферата на квантовите изчисления, където вече сме се насочили.

Един ден обаче, след като транзисторът заседне при три атома и електрон, някой ще забележи, че изчислителната мощност на по-новите форми на транзисторите бързо напредва.

Молекулярни, ДНК или Spintronic транзистори ще се появят, за да продължат там, където силиконът е спрял и законът на Мур ще бъде изведен от пенсиониране, докато квантовите изчисления не направят дискусиите за границите без значение.

В крайна сметка това има по-малко общо с транзисторите, отколкото с нас като общество. Надеждите и очакванията ни за напредък няма да свършат с последното поколение силициеви транзистори, защото няма да го позволим.

Ще намерим начин да върнем закона на Мур за всичко, което идва след това, просто защото искаме да е истина.


Гледай видеото: 2029: Singularity Year - Neil deGrasse Tyson u0026 Ray Kurzweil (Юли 2021).