مشكلة قانون مور. عصر غروب المعالجات الدقيقة عندما لا توجد بدائل.
نشرت مجلة Electronics في عام 1965 مقالًا معروفًا على نطاق واسع الآن حول تكامل مكونات الأنظمة المتكاملة ، من تأليف Gordon Moore ، الذي أسس فيما بعد شركة Intel Corporation. في وقت من الأوقات ، كان هذا بمثابة إحساس ، خاصة في تلك الأيام التي بدا فيها الكمبيوتر غير معقول حتى بالنسبة للمتعلمين. أجرى مور تحليلًا لتطوير تكنولوجيا الكمبيوتر على مدار السنوات الخمس الماضية وتوصل إلى تنبؤات لل 10 سنوات القادمة. لقد حدد Gordon Moore حرفيًا وتيرة تطوير التكنولوجيا ، وقد اتبعها مطورو المعالج على مدار أربعة عقود. هذا القانون ليس قانونًا علميًا أو ماديًا أو أي قانون على هذا النحو ، إنه مجرد ملاحظة شخص واحد على تطور شركة واحدة ، والتي بدأت فجأة في العمل. الأمر يستحق فهم لماذا؟
وفقًا لهذا القانون ، من السهل جدًا التنبؤ بتطور التقنيات والشركات التي توفرها هذه التقنيات. أصبح من الواضح أن هذا هو بالضبط ما تحتاجه الشركات: يتوقع المستهلك زيادة إنتاجية مرتين كل عامين ، والشركة المصنعة لا تحتاج إلى الحديث عنها ، يتوقع المستهلك ذلك على أي حال. يمكنك أيضًا القول إن هذا القانون ينظم سرعة التطور. يمكنك تحقيق تقدم كبير في التكنولوجيا الحديثة ، ولكن بعد مرور فترة طويلة سيكون من المستحيل إصدار شيء أكثر تقنية. يعد تحديث الأجيال مهمًا جدًا للشركة المصنّعة ، ويجب أن تكون مزايا الجديد واضحة ، وعادة ما يكون السعر أقل ، والإنتاجية أعلى. باستثناء حلول رخيصة إلى حد ما. من المهم بيع عدد كبير من الحلول غير الحديثة للغاية ، وبهذه الطريقة فقط ستجلب الدخل وتحديثها لا معنى له تقريبًا. كان هذا واضحًا حتى في تلك الأيام ، وقد تبنت شركة إنتل هذا القانون ، وبدأت في اتباعه ، وهناك انتشرت الصناعة بأكملها. تجدر الإشارة إلى أن هذه القوانين ليست جيدة جدًا. مشكلتهم هي المرونة الصغيرة جدًا لفكرة زيادة القوة مع تقليل الحجم. في سعينا وراء السلطة ، نواجه باستمرار مجموعة من المشكلات التي نحتاج إلى حلها هنا والآن ، وإلا فلن تتمكن الشركة من إطلاق جيل جديد من المعالجات. كانت بعض القيود قوية للغاية ، وهي ميزة كبيرة لهؤلاء الأشخاص الذين صنعوا هياكل هذه المعالجات أنهم تمكنوا من الالتفاف على هذه القيود. وقد دفع هذا الأمر الصناعة بأكملها إلى أن العرض التقديمي المبكر للتقنيات في شكلها غير عالي الجودة يمكن أن يطرح مشاكل في المستقبل. في أوقات أخرى ، مكنت التكنولوجيا من تحقيق تقدم حقيقي ، لكنهم قرروا أن ينسوا الأمر وكأنه كابوس ولا يزالون يتبعون القانون.
هناك العديد من القيود الرئيسية على مسار تطوير المعالجات:
-المشاكل التكنولوجية لطباعة الترانزستورات بأحجام صغيرة جداً.
انتشار ضد ايون زرع.
هناك طريقتان لطباعة أشباه الموصلات التي تختلف اختلافًا جوهريًا عن بعضها البعض ، والتي تعتمد على مدى كبر حجم العملية الفنية التي يمكننا طباعتها. إذا لم تدخل في مصطلحات معقدة ، فسيتم وصف الانتشار على النحو التالي: أثناء الانتشار الحراري ، يكون التركيز الأقصى للشوائب دائمًا على السطح ويتناقص رتابة مع العمق ، أي باستخدام بعض العوامل (درجة الحرارة والتركيز) ، يمكننا التحكم في معدل الانتشار ، لكن العملية تنتشر حتماً في جميع الاتجاهات (الحيزات) مما يزيد من الحد الأقصى لتكنولوجيا العملية الممكنة. ولكن تم استبداله بأسلوب أكثر حداثة في المنشطات: أثناء عملية زرع الأيونات ، تتأين ذرات dopant في حقل كهربائي قوي وتشع سطح اللوحة بقناع أكسيد مؤلف مسبقًا ، مما يسمح لنا بالتحكم في العملية في جميع الاتجاهات. في الوقت الحالي ، لا تزال طريقة صناعة السبائك هذه محتملة ولا تحتاج إلى استبدال.
من الواضح أن الطول الموجي لانتشار الضوء يعتمد على تردده. يبلغ طول الموجة التي يبلغ ترددها 4000 ميجاهرتز 7.5 سم ، وبالنظر إلى أن الموجة الموجودة في المعالج لا تنتشر خطيًا ، فإن الحد الأقصى لحجم بلورة السيليكون للمعالج أصغر حجمًا ، تمامًا تلك التي اعتدنا أن نراها ، ولا يمكنك تكبيرها.
- مشكلة ارتفاع استهلاك المعالج
مع زيادة وتيرة ، وعدد الترانزستورات وبعض العوامل الأخرى ، يزداد التدفئة في نسبة مباشرة. يجب أن يكون ذلك دائمًا ضمن حدود معقولة ؛ فلن يرغب أحد في شراء معالج يجب تبريده باستخدام النيتروجين السائل. الاستهلاك ينخفض مع انخفاض في عملية التصنيع ، لأن ينتقل المصباح إلى مسافة أقصر ويؤدي إلى حرارة أقل ، ويزداد حرارة المعالج بشكل غير متساو ، ولكن لتبريده بكفاءة ، تحتاج إلى توزيع درجة الحرارة.
تفرض الزيادة التدريجية في الاستهلاك من تردد المعالج في هذه الحالة إطارًا صارمًا للغاية لأقصى تردد للمعالج ، ذات مرة لم يكن واضحًا ، تخيل الجميع معالج المستقبل بتردد أعلى بعشرة أضعاف مما نراه الآن. من الناحية النسبية ، فإن زيادة عدد مرات تكرار المعالج مرتين يعطينا ضعف استهلاك الطاقة وتبديد الحرارة. ومع ذلك ، حتى بدون زيادة تردد الساعة بالسرعة التي كانت عليها في القرن الماضي ، نجح قانون مور ، وأصبح المعالجات أكثر قوة ، بطرق أخرى.
<
يقتصر البعد الأدنى لبوابة أشباه الموصلات للترانزستور ليس فقط من خلال التقنيات التي تحقق أصغر حجم ممكن للعنصر ، ولكن أيضًا بحجم شبكة البلورة السيليكونية. البعد هو 0.5 نانومتر ، ولكن بالتأكيد لا يمكن أن يكون العنصر بنفس حجم الشبكة البلورية وقريبة منه. يمكن أن نخلص إلى أن الحد الأدنى لحجم الغالق يمكن أن يكون حوالي 1 نانومتر ، ولكن هذا لا معنى له ، لأن المصاريع القريبة جدًا لا يمكن أن تعمل مع الآخرين ، مما يتسبب في حدوث أعطال. من الصعب التنبؤ بالتكنولوجيات التي سيتم استخدامها في المستقبل ، ولكن ، على سبيل المثال ، يمكن اعتبار حجم الغالق الذي يتراوح بين 4 و 5 نانومتر محددًا ، ولكن فقط للسيليكون.
قانون مور وسوق المعالجات الحديثة.
لطالما كان سوق المعالج في حالة ركود. لا يقتصر الأمر على تباطؤ تطوير التقنيات الجديدة فحسب ، بل لا تؤدي هذه التقنيات أيضًا إلى زيادة واضحة في الإنتاجية. ومع ذلك ، فإننا لا نلاحظ أي مشاكل ، والمعالجات الجديدة لا تزال أكثر قوة وأفضل من القديمة. عندما يصل الأداء الأساسي إلى ذروته ، فإن عمليات multicore و multithreading تنقذ. استراتيجية تعميم أنظمة متعددة النواة هي استراتيجية تطوير واعدة إلى حد ما. يتم الالتزام به من قبل AMD. يعد الترويج للعديد من المراكز أمرًا ضروريًا لأنه بعيدًا عن جميع البرامج والتطبيقات التي تدعم عددًا كبيرًا من النوى. حتى أن البعض يحتاج إلى مؤشر ترابط واحد عالي الأداء ، والذي سيكون أضعف في الأداء على معالج متعدد النواة من المعالج الذي يحتوي على أقل من 8 مؤشرات ترابط (مع تردد مماثل وعملية التصنيع). لكن عليك تغيير ذلك. يكون المعالج متعدد النواة أكثر تعدد المهام عندما يستخدم البرنامج عددًا قليلاً من موارد المعالج ، لكن في نفس الوقت يتناول سلسلة رسائل. من الواضح أن المعالج متعدد النواة يعمل بشكل أفضل ويكون أقل من طاقته. يمكننا الانتظار فقط.