نحن نتحدث عن قاعدتين بدأتا تفقدان أهميتهما.
/ الصورة لورا أوكيل Unsplashتمت صياغة قانون مور منذ أكثر من خمسين عامًا. طوال هذا الوقت ، بالنسبة للجزء الأكبر ، ظل عادلًا. حتى اليوم ، عند التبديل من عملية تكنولوجية إلى أخرى ،
تزداد كثافة الترانزستورات على الرقاقة
مرتين تقريبًا . ولكن هناك مشكلة - سرعة تطوير عمليات تكنولوجية جديدة تتباطأ.
على سبيل المثال ، كانت شركة إنتل تؤجل الإنتاج الضخم لمعالجات بحيرة الجليد التي تبلغ مساحتها 10 نانومتر لفترة طويلة. على الرغم من أن عملاق تكنولوجيا المعلومات سيبدأ شحن الأجهزة في الشهر المقبل ، إلا أن الإعلان عن العمارة حدث قبل عامين
ونصف . أيضًا في أغسطس من العام الماضي ،
توقفت شركة GlobalFoundries للدوائر المتكاملة ، التي عملت مع AMD ،
عن تطوير تقنية معالجة تبلغ 7 نانومتر (
تحدثنا عن أسباب هذا القرار
في مدونتنا على Habr).
يتنبأ
الصحفيون والمديرون التنفيذيون لشركات تكنولوجيا المعلومات الكبرى بالقتل من أجل قانون مور لسنوات. حتى جوردون نفسه
أعلن ذات مرة أن القاعدة التي صاغها ستتوقف عن التطبيق. ومع ذلك ، فإن قانون مور ليس القانون الوحيد الذي يفقد أهميته والذي يتساوى فيه صانعو المعالجات.
قانون تحجيم دنارد
صاغه في عام 1974 روبرت دينارد ، مهندس ومطور الذاكرة الديناميكية DRAM ، مع زملائه من IBM. القاعدة هي كما يلي:
"من خلال تقليل حجم الترانزستور وزيادة سرعة ساعة المعالج ، يمكننا بسهولة زيادة أدائها."
حددت قاعدة Dennard تخفيض عرض الموصل (تكنولوجيا العمليات) كمؤشر رئيسي للتقدم في صناعة تكنولوجيا المعالجات الدقيقة. لكن قانون التوسع الذي أصدره دينارد لم يعد سارياً في عام 2006. يستمر عدد الترانزستورات في الرقائق في الزيادة ، ولكن هذه الحقيقة
لا تعطي زيادة كبيرة في أداء الجهاز.
على سبيل المثال ، يقول ممثلو شركة TSMC (الشركة المصنعة لأشباه الموصلات) أن التحول من تقنية المعالجة 7 نانومتر إلى 5 نانومتر
سيزيد من سرعة ساعة المعالج بنسبة 15٪ فقط.
سبب التباطؤ في نمو التردد هو تسرب التيارات ، والتي لم يأخذها دينارد في الاعتبار في أواخر السبعينيات. مع انخفاض حجم الترانزستور وزيادة التردد ، يبدأ التيار في تسخين الدائرة الصغرى بقوة أكبر ، مما قد يؤدي إلى تلفها. لذلك ، يتعين على الشركات المصنعة موازنة الطاقة المخصصة من قبل المعالج. نتيجة لذلك ، منذ عام 2006 ، تم تحديد عدد مرات ظهور رقائق الكتل عند حوالي 4-5 جيجاهرتز.
/ الصورة من قبل جيسون لونغ Unsplashاليوم ، يعمل المهندسون على تقنيات جديدة من شأنها حل المشكلة وزيادة أداء الرقائق. على سبيل المثال ، يقوم خبراء من أستراليا
بتطوير ترانزستور للهواء المعدني ، والذي يبلغ تردده عدة مئات جيجاهيرتز. يتكون الترانزستور من قطبين كهربائيين يعملان كمصدر ومصدر ويقعان على مسافة 35 نانومتر. يتبادلون الإلكترونات مع بعضهم البعض بسبب ظاهرة
انبعاث المجال .
وفقًا للمطورين ، سيسمح لك أجهزتهم بالتوقف عن "مطاردة" تخفيض العمليات التكنولوجية والتركيز على إنشاء هياكل ثلاثية الأبعاد عالية الأداء مع عدد كبير من الترانزستورات على رقاقة.
كومي القاعدة
تم
صياغته في عام 2011 من قبل أستاذ ستانفورد جوناثان كومي. قام مع زملائه من مايكروسوفت وإنتل وجامعة كارنيجي ميلون ،
بتحليل المعلومات حول استهلاك الطاقة لأنظمة الحوسبة بدءًا من كمبيوتر ENIAC ، الذي تم إنشاؤه عام 1946. نتيجة لذلك ، توصل Kumi إلى النتيجة التالية:
"يتضاعف حجم العمليات الحسابية لكل كيلو واط من الطاقة تحت الحمل الثابت كل عام ونصف".
في الوقت نفسه ، أشار إلى أن استهلاك الطاقة لأجهزة الكمبيوتر على مدى السنوات الماضية قد زاد أيضا.
في عام 2015 ،
عاد Kumi إلى عمله واستكمل الدراسة ببيانات جديدة. وجد أن الاتجاه الذي وصفه قد تباطأ. بدأ متوسط أداء الرقاقة لكل كيلو واط من الطاقة يتضاعف كل ثلاث سنوات تقريبًا. لقد تغير الاتجاه بسبب الصعوبات المرتبطة بتبريد الرقائق (
صفحة 4 ) ، لأنه مع انخفاض حجم الترانزستورات يصبح إزالة الحرارة أكثر صعوبة.
/ الصورة ديريك توماس CC BY-NDيجري الآن تطوير تقنيات تبريد الرقاقات الجديدة ، ولكن لا توجد حاجة للتحدث عن تنفيذها على نطاق واسع. على سبيل المثال ، اقترح مطورو إحدى الجامعات في نيويورك
استخدام الطباعة الليزرية ثلاثية الأبعاد لتطبيق طبقة رقيقة موصلة للحرارة من التيتانيوم والقصدير والفضة على الكريستال. الموصلية الحرارية لمثل هذه المواد هي 7 مرات أفضل من الواجهات الحرارية الأخرى (معجون الحرارية والبوليمرات).
على الرغم من كل العوامل ،
وفقا لكومي ، فإن الحد الأقصى للطاقة النظرية لا يزال بعيدا. ويشير إلى دراسة أجراها الفيزيائي ريتشارد فاينمان ، الذي أشار في عام 1985 إلى أن مؤشر كفاءة الطاقة للمعالجات سوف ينمو 100 مليار مرة. في وقت عام 2011 ، زاد هذا الرقم بنسبة 40 ألف مرة فقط.
اعتادت صناعة تكنولوجيا المعلومات على النمو الكبير في الطاقة الحاسوبية ، لذلك يبحث المهندسون عن طرق لتمديد قانون مور والتغلب على الصعوبات التي تفرضها قواعد Kumi و Dennard. على وجه الخصوص ، تبحث الشركات ومعاهد البحوث عن بديل لتكنولوجيا الترانزستور التقليدية والسيليكون. سنتحدث عن بعض البدائل المحتملة في المرة القادمة.
ما نكتب عنه في مدونة الشركات:
تقاريرنا مع VMware EMPOWER 2019 على Habré: