قد لا يكون من المفيد التحدث عن تفاصيل ما يسمى
قانون مور في Geektimes - فنحن نعرف جميعًا عنه ، على الأقل تقريبًا. باختصار ، هذا القانون هو ملاحظة تجريبية أدلى بها جوردون مور. كان هناك العديد من كلمات القانون نفسه ، لكن الحديث يقول أن عدد الترانزستورات الموضوعة على شريحة دائرة متكاملة يتضاعف كل 24 شهرًا. بعد ذلك بقليل ، ظهر نوع من القانون ، حيث لا يبدو عامين ، بل 18 شهرًا. هذا ليس بسبب مور ، ولكن ديفيد هاوس من إنتل. في رأيه ، يجب أن يتضاعف أداء المعالجات كل 18 شهرًا بسبب النمو المتزامن لكل من عدد الترانزستورات وسرعة كل منها.
منذ صياغة القانون ، يحاول مطورو العناصر الإلكترونية مواكبة الأطر الزمنية المحددة. بشكل عام ، بالنسبة لعام 1965 ، كان القانون شيئًا غير عادي ، ويمكن حتى أن يطلق عليه اسم راديكالي. ثم كانت "الحواسيب الصغيرة" لا تزال صغيرة جدًا ، تشغل حجم سطح مكتب عادي في الغرفة ، أو حتى أكثر. في ذلك الوقت ، كان من الصعب تخيل أن أجهزة الكمبيوتر يمكن أن تصبح حتى جزءًا من الثلاجة أو الغسالة أو الأجهزة المنزلية الأخرى بمرور الوقت. معظم الناس لم يروا جهاز كمبيوتر أبدًا ، ولم يسبق لهم أن عملوا معه تقريبًا. حسنًا ، استخدم أولئك الذين عملوا البطاقات المثقوبة وغيرها من الأدوات غير المريحة للغاية للتفاعل مع أجهزة الكمبيوتر ، والتي عملت بدورها على حل مجموعة ضيقة إلى حد ما من المهام.
بعد أن أصبحت فكرة مور معروفة ، بدأوا يمزحون في المجلات. على سبيل المثال ، في أحدهم نشروا هنا مثل هذه الصورة الكاريكاتورية:
ثم كان من الصعب أن نتخيل أنه حتى وقت قريب لن يتم اعتبار أجهزة الكمبيوتر هذه صغيرة على الإطلاق. بالمناسبة ، شاهدت مور الرسم التوضيحي ، وقد فوجئت بأصالته. بقدر ما يمكن للمرء أن يحكم ، حاول الفنان أن ينقل موقفًا متشككًا إلى حد ما فيما يتعلق بفكرة تقليل أحجام أجهزة الكمبيوتر باستمرار. ولكن بعد 25 عامًا ، أصبح هذا الرسم التوضيحي واقعيًا يوميًا.
تأثير قانون مور
كما ذكر أعلاه ، هناك العديد من الاختلافات في قانون مور ، نحن لا نتحدث فقط عن زيادة مستمرة في عدد الترانزستورات في الشريحة. إحدى نتائج فكرة مور هي محاولة لمعرفة مدى سرعة عمل جميع الترانزستورات المتقلصة. أيضًا ، حاول العلماء والمتخصصون في تكنولوجيا المعلومات ، باستخدام فكرة مور ، ويحاولون التنبؤ مسبقًا بسرعة حجم ذاكرة الوصول العشوائي ، والذاكرة الرئيسية ، ومدى إنتاجية الرقائق ، وما إلى ذلك.
لكن الشيء الرئيسي ليس هو أي إصدار من قانون مور أكثر فضول / فائدة ، ولكن ما هو تأثير الفكرة الرئيسية على عالمنا. يمكن تمييز ثلاثة أشكال رئيسية للتأثير هنا. هذه منافسة للمطورين ، والتنبؤ وتغيير بنية أنظمة الحوسبة.
التنافسيمكن استخدام قانون مور لمعرفة مقدار المعلومات التي يمكن تخزينها في حجم شريحة واحدة. هذا القانون ، بالمناسبة ، يمكن أن يعزى إلى ذاكرة الوصول العشوائي في هذا المجال. في فجر تكنولوجيا الكمبيوتر ، أو بالأحرى جهاز الكمبيوتر ، يمكن تخزين شريحة الكمبيوتر
. بدأت الرقائق نفسها تسمى RAM (ذاكرة الوصول العشوائي). بدأت رقائق 16K بإنتاج الكثير. ثم ، بما يتفق تمامًا مع قانون مور ، أو حتى بشكل أسرع ، ظهرت رقائق بطول 64 ك. المهندسين الذين طوروا هذه الرقائق يعرفون القانون وحاولوا الامتثال له. وهكذا ، منذ البداية ، تم إنشاء دورة إنتاج خاصة بلا توقف ، عندما كان المهندسون ، الذين أطلقوا شريحة واحدة ، ينهون بالفعل العمل على الجيل القادم. لوحظ هذا الوضع الآن. يعلم الجميع عن القواعد واللعبة ، ويشارك الجميع فيها.
التنبؤبمعرفة الميل إلى زيادة عدد الترانزستورات في حجم الرقاقة (وكانت الصيغة واضحة في البداية بما فيه الكفاية) ، يمكن لمهندسي أي من الشركات المصنعة للمكونات الإلكترونية أن يتخيلوا تقريبًا متى سيتم إصدار الجيل من الرقائق. وكانت توقعات دقيقة للغاية. يمكن للمرء أيضًا أن يتخيل في أي عام وبأي أداء سيعمل المعالج.
بدأ المهندسون في الشركات في وضع خطط الإنتاج ، مع التركيز بشكل أساسي على قانون مور. كان لدى بائعي الكمبيوتر فكرة جيدة عن أي جيل من الآلات يجب أن يغادر السوق ، ومتى يجب أن يظهر.
يمكن القول أن قانون مور قد حدد عملية الإنتاج لإنتاج المكونات والأنظمة الإلكترونية. لم تكن هناك مفاجآت في هذا الصدد ، ولم يكن هناك أي مفاجأة ، لأن الجميع عملوا بنفس السرعة تقريبًا ، ولم يحاولوا تجاوز أو التأخر عن الإطار الزمني الذي حدده مور. كان كل شيء متوقعًا تمامًا.
هندسة وعناصر الكمبيوترسمح كل قانون مور نفسه للمهندسين بتطوير تصميم شرائح أصبح معيارًا لفترة طويلة. هذا هو إنتل 4004 وتجسيداته اللاحقة. تم تطوير بنية متخصصة ، والتي كانت تسمى
العمارة فون نيومان .
في مارس 1945 ، تم إضفاء الطابع الرسمي على مبادئ العمارة المنطقية في وثيقة تسمى "المسودة الأولى لتقرير EDVAC" - تقرير للمختبر البالستي للجيش الأمريكي ، والذي تم بناء ENIAC على ماله وتطوير EDVAC. التقرير ، بما أنه كان مجرد مسودة ، لم يكن مخصصًا للنشر ، ولكن فقط للتوزيع داخل المجموعة ، لكن الألماني غولدشتاين ، أمين المشروع من الجيش الأمريكي ، ضاعف هذا العمل العلمي وأرسله إلى دائرة واسعة من العلماء للمراجعة. نظرًا لأن اسم فون نيومان فقط [1] كان في الصفحة الأولى من الوثيقة ، فإن أولئك الذين يقرؤون الوثيقة لديهم انطباع خاطئ بأنه مؤلف جميع الأفكار المقدمة في العمل. قدمت الوثيقة معلومات كافية حتى يتمكن أولئك الذين قرأوها من بناء حواسيبهم ، على غرار EDVAC ، على نفس المبادئ وبنفس البنية ، والتي أصبحت نتيجة لذلك معروفة باسم "هندسة فون نيومان".
بعد نهاية الحرب العالمية الثانية ونهاية العمل على ENIAK في فبراير 1946 ، انفصل فريق المهندسين والعلماء ، جون موكلي ، قرر جون إيكرت التحول إلى الأعمال التجارية وإنشاء أجهزة الكمبيوتر على أساس تجاري. انتقل Von Neumann و Goldstein و Burks إلى معهد البحوث المتقدمة ، حيث قرروا إنشاء جهاز IAS الخاص بهم ، على غرار EDVAC ، واستخدامه في العمل البحثي. في يونيو 1946 ، وضعوا [2] [3] مبادئهم لبناء أجهزة الكمبيوتر في المقالة الكلاسيكية ، "دراسة أولية للتصميم المنطقي لجهاز الحوسبة الإلكترونية". لقد انقضى أكثر من نصف قرن منذ ذلك الحين ، لكن الأحكام الواردة فيه ما زالت صالحة اليوم. تدعم المقالة بشكل مقنع استخدام نظام ثنائي لتمثيل الأرقام ، لأنه قبل أن تقوم جميع أجهزة الحوسبة بتخزين الأرقام المجهزة في شكل عشري. أظهر المؤلفون مزايا النظام الثنائي للتنفيذ الفني ، وراحة وبساطة أداء العمليات الحسابية والمنطقية فيه. في المستقبل ، بدأت أجهزة الكمبيوتر في معالجة أنواع المعلومات غير العددية - نصية ورسومية وصوتية وغيرها ، ولكن لا يزال تشفير البيانات الثنائية يشكل أساس المعلومات لأي كمبيوتر حديث.
جميع الأسس التي تم وضعها قبل عدة عقود وأصبحت الأساس. في المستقبل ، ظل كل شيء تقريبًا دون تغيير ، حاول المطورون فقط جعل أجهزة الكمبيوتر أكثر إنتاجية.
من الجدير بالذكر أن قانون مور هو أساس كل شيء. عملت جميع تجسيداته كدعم للنموذج الأساسي لتطوير تكنولوجيا الكمبيوتر ، وقد يؤدي القليل بالفعل إلى حدوث انقطاع في هذه الدورة. وكلما سارت عملية تطوير تكنولوجيا الكمبيوتر بشكل أكثر نشاطًا ، كلما قلنا ، كلما تعمّق مطورو هذه الأنظمة في القانون. في الواقع ، يستغرق إنشاء بنية كمبيوتر مختلفة سنوات وسنوات ، وقليل من الشركات يمكنها تحمل هذه الرفاهية - البحث عن طرق بديلة لتطوير تكنولوجيا الكمبيوتر. نفذت المنظمات البحثية مثل MIT تجارب شجاعة مثل آلة Lisp Machine و Connection Machine ، هنا يمكنك ذكر أحد المشاريع اليابانية. لكن كل هذا انتهى بلا شيء ، بقيت هندسة فون نيومان قيد الاستخدام.
يتألف عمل المهندسين والمبرمجين الآن من تحسين عمل برامجهم وأجهزتهم بحيث يعمل كل ملليمتر مربع من الرقائق بشكل أكثر كفاءة. تنافس المطورون في التخزين المؤقت لكميات متزايدة من البيانات. أيضا ، حاولت العديد من الشركات المصنعة للمكونات الإلكترونية (وما زالت تحاول) وضع أكبر عدد ممكن من النواة في معالج واحد. ومع ذلك ، فقد ركزت جميع الأعمال على عدد محدود من بنيات المعالج. هذه هي X86 و ARM و PowerPC. قبل ثلاثين سنة كان هناك الكثير.
يستخدم X86 بشكل أساسي على أجهزة الكمبيوتر المكتبية والمحمولة والخوادم السحابية. تعمل معالجات ARM على الهواتف والأجهزة اللوحية. حسنًا ، يتم استخدام PowerPC في معظم الحالات في صناعة السيارات.
الاستثناء المثير للاهتمام للقواعد الصارمة للعبة التي وضعها قانون مور هو GPU. تم تطويرها من أجل معالجة المعلومات الرسومية بدرجة عالية من الكفاءة ، لذلك تختلف بنيتها عن المعالج (لا يزال). ولكن من أجل التعامل مع مهمتها ، كان لا بد من تطوير GPU بشكل مستقل عن تطور المعالجات. تم تحسين بنية بطاقات الفيديو للتعامل مع الكمية الكبيرة من البيانات اللازمة لعرض الصورة على الشاشة. لذلك ، طور المهندسون هنا نوعًا مختلفًا من الرقائق ، والذي لم يحل محل المعالجات الحالية ، ولكنه استكمل قدراتهم.
متى سيتوقف قانون مور عن العمل؟
بالمعنى المعتاد ، فقد توقفت بالفعل عن العمل ، بهذا الفهم الكلاسيكي ، الذي نوقش أعلاه. ويتضح ذلك من مصادر مختلفة ، بما في ذلك ، على سبيل المثال ،
هذا المصدر . الآن السباق لا يزال مستمرا. على سبيل المثال ، في نفس معالج Intel 4004 5 بت الأول الذي تم إصداره عام 1971 ، كان هناك 2300 ترانزستور. بعد 45 عامًا ، في عام 2016 ، قدمت Intel معالج Xeon Broadwell-WS من 24 نواة مع 5.7 مليار ترانزستور. هذا المعالج متوفر بتقنية 14 نانومتر. أعلنت شركة آي بي إم مؤخراً عن معالج 7 نانومتر يحتوي على 20 مليار ترانزستور ، ثم معالج 5 نانومتر مع 30 مليار ترانزستور.
لكن 5 نانومتر عبارة عن طبقة بسماكة 20 ذرة فقط. هنا ، تقترب الهندسة بالفعل من الحد التقني لمزيد من التحسين للعملية. بالإضافة إلى ذلك ، فإن كثافة الترانزستورات في المعالجات الحديثة عالية جدًا. 5 أو حتى 10 مليار ترانزستور لكل مليمتر مربع. سرعة إرسال الإشارة في الترانزستور عالية جدًا ولها أهمية كبيرة. التردد الأساسي لمعالجات الأسرع الحديثة هو 8.76 غيغاهرتز. المزيد من التسارع ، على الرغم من الإمكان ، يمثل أيضًا مشكلة فنية ، وهي كبيرة جدًا جدًا. هذا هو السبب في اختيار المهندسين لإنشاء معالجات متعددة النواة ، بدلاً من الاستمرار في زيادة وتيرة قلب واحد.
سمح هذا بالحفاظ على وتيرة الزيادة في عدد العمليات في الثانية المنصوص عليها في قانون مور. ومع ذلك ، فإن التعددية النووية نفسها هي خروج معين عن القانون. ومع ذلك ، يعتقد عدد من الخبراء أنه لا يهم كيف نحاول "اللحاق" ، الشيء الرئيسي هو أن وتيرة التطور التكنولوجي ، وخاصة تكنولوجيا الكمبيوتر ، تتوافق إلى حد ما مع قانون مور.
يوجد أدناه رسم بياني من تصميم Steve Jurvetson ، المؤسس المشارك لـ Draper Fisher Jurvetson. ويدعي أن هذا جدول معزز مقدم من قبل
راي كورزويل .
يوضح هذا الرسم البياني التكلفة النسبية لعدد العمليات لكل وحدة زمنية (ثانية واحدة). بمعنى ، يمكننا أن نرى بوضوح مقدار حوسبة الكمبيوتر الأرخص بمرور الوقت. علاوة على ذلك ، أصبحت الحسابات أكثر وأكثر عالمية ، إذا جاز التعبير. في الأربعينيات ، كانت هناك آلات متخصصة مصممة لكسر الرموز العسكرية. في الخمسينيات ، بدأ استخدام أجهزة الكمبيوتر للعمل مع المهام المشتركة ، ويستمر هذا الاتجاه حتى يومنا هذا.
ومن المثير للاهتمام أن آخر موقعين على الرسم البياني هما GPU و GTX 450 و NVIDIA Titan X. ومن المثير للاهتمام أنه في عام 2010 لم يكن هناك GPU على الرسم البياني ، فقط معالجات متعددة النواة.
بشكل عام ، يوجد GPU هنا بالفعل ، والكثيرون سعداء به. بالإضافة إلى ذلك ، أصبح الآن اتجاه مثل التعلم العميق ، أحد مظاهر الشبكات العصبية ، شائعًا بشكل متزايد. تشارك العديد من الشركات ، الكبيرة والصغيرة ، في تطويرها. وتعتبر وحدات معالجة الرسومات مثالية للشبكات العصبية.
لماذا كل هذا؟ الحقيقة هي أن الزيادة الإجمالية في عدد الحسابات لا تزال محفوظة ، نعم ، لكن الأساليب والمعدات تتغير.
ماذا يعني كل هذا؟
الآن شكل الحوسبة الحاسوبية يتغير. لن يحتاج المهندسون المعماريون قريبًا إلى التفكير في ما يجب فعله لمواكبة قانون مور. الآن يتم تقديم أفكار جديدة تدريجيًا ستصل إلى ارتفاعات لا يمكن الوصول إليها لأنظمة الكمبيوتر التقليدية ذات الهندسة المعمارية التقليدية. ربما ، في المستقبل القريب ، لن تكون سرعة الحوسبة مهمة للغاية ، سيكون من الممكن تحسين أداء النظام بشكل مختلف.
أنظمة التعلم الذاتيالآن العديد من الشبكات العصبية تعتمد على GPU. يتم إنشاء أنظمة ذات هندسة معمارية متخصصة لهم. على سبيل المثال ، طورت Google رقائقها الخاصة ، والتي تسمى وحدات TensorFlow (orTPUs). تتيح لك توفير طاقة الحوسبة بسبب كفاءة العمليات الحسابية. تستخدم Google هذه الرقائق في مراكز البيانات الخاصة بها ، وتعمل العديد من الخدمات السحابية للشركة على أساسها. ونتيجة لذلك ، يكون أداء النظام أعلى واستهلاك الطاقة أقل.
الرقائق المتخصصةفي الأجهزة المحمولة التقليدية ، تعمل معالجات ARM ، وهي متخصصة. تقوم هذه المعالجات بمعالجة المعلومات من الكاميرات وتحسين معالجة الكلام والعمل في الوقت الفعلي مع التعرف على الوجه. التخصص في كل شيء هو ما تتوقعه الإلكترونيات.
العمارة المتخصصةنعم ، لم يتقارب الإسفين على بنية فون نيومان ، والآن يتم تطوير أنظمة ذات هياكل مختلفة مصممة لأداء مهام مختلفة. لا يتم الحفاظ على هذا الاتجاه فحسب ، بل يتم تسريعه أيضًا.
أمان الكمبيوترأصبح مجرمو الإنترنت أكثر مهارة ، مع اختراق بعض الأنظمة الآن يمكنك الحصول على ملايين وعشرات الملايين من الدولارات. ولكن في معظم الحالات ، يكون اختراق النظام ممكنًا بسبب أخطاء البرامج أو الأجهزة. تعمل الغالبية العظمى من الحيل التي تستخدمها المفرقعات على أنظمة مع بنية فون نيومان ، لكنها لن تعمل مع أنظمة أخرى.
أنظمة الكمما يسمى بالحواسيب الكمومية هي تقنية تجريبية ، وهي ، من بين أمور أخرى ، مكلفة للغاية. يتم استخدام العناصر المبردة هنا ، بالإضافة إلى العديد من الأشياء الأخرى التي لم يتم العثور عليها في الأنظمة التقليدية. تختلف أجهزة الكمبيوتر الكمومية تمامًا عن أجهزة الكمبيوتر المعتادة ، ولا ينطبق قانون مور عليها. ومع ذلك ، من خلال مساعدتهم ، وفقًا للخبراء ، من الممكن زيادة أداء بعض أنواع الحسابات بشكل جذري. ربما كان قانون مور هو الذي دفع العلماء والمهندسين للبحث عن طرق جديدة لزيادة كفاءة الحوسبة والعثور عليها.
ككلمة
على الأرجح خلال 5-10 سنوات سنرى أنظمة حوسبة جديدة تمامًا ، نحن نتحدث الآن عن تكنولوجيا أشباه الموصلات. وستكون هذه الأنظمة متقدمة على خططنا العنيفة وستتطور بوتيرة سريعة جدًا. على الأرجح ، سيبتكر المتخصصون ، الذين يحاولون التحايل على قانون مور ، تقنيات تطوير شرائح جديدة ، لو أخبرونا عنها الآن ، لكانت قد بدت لنا سحرية. ماذا سيقول الناس الذين عاشوا قبل 50 عامًا إذا حصلوا على هاتف ذكي حديث؟ قليلون يفهمون كيف يعمل كل شيء. لذلك في حالتنا.
