Kita berbicara tentang dua aturan yang juga mulai kehilangan relevansi.
/ foto Laura Ockel UnsplashHukum Moore dirumuskan lebih dari lima puluh tahun yang lalu. Sepanjang waktu ini, sebagian besar, dia tetap adil. Bahkan saat ini, ketika beralih dari satu proses teknologi ke proses teknologi lainnya, kepadatan transistor pada sebuah chip
meningkat sekitar dua kali lipat . Tapi ada masalah - kecepatan mengembangkan proses teknologi baru melambat.
Sebagai contoh, Intel telah menunda produksi massal Ice Lake 10-nanometer prosesor untuk waktu yang lama. Meskipun raksasa IT itu akan mulai mengirim perangkat bulan depan, pengumuman arsitekturnya terjadi sekitar
dua setengah tahun yang lalu. Juga pada bulan Agustus tahun lalu, pabrikan sirkuit terpadu GlobalFoundries, yang bekerja dengan AMD,
berhenti mengembangkan teknologi proses 7-nm (kami
berbicara tentang alasan keputusan ini
di blog kami di Habr).
Jurnalis dan
eksekutif perusahaan IT besar telah meramalkan kematian untuk hukum Moore selama bertahun-tahun. Bahkan Gordon sendiri
pernah menyatakan bahwa aturan yang dirumuskannya akan berhenti berlaku. Namun, hukum Moore bukan satu-satunya hukum yang kehilangan relevansi dan yang membuat pabrikan prosesor sama.
Hukum skala Dennard
Itu dirumuskan pada tahun 1974 oleh Robert Dennard, insinyur dan pengembang DRAM memori dinamis, bersama dengan rekan-rekan dari IBM. Aturannya adalah sebagai berikut:
"Dengan mengurangi ukuran transistor dan meningkatkan kecepatan clock prosesor, kita dapat dengan mudah meningkatkan kinerjanya."
Aturan Dennard menetapkan pengurangan lebar konduktor (teknologi proses) sebagai indikator utama kemajuan dalam industri teknologi mikroprosesor. Tetapi hukum skala Dennard berhenti berlaku sekitar 2006. Jumlah transistor dalam chip terus meningkat, tetapi fakta
ini tidak memberikan peningkatan yang signifikan dalam kinerja perangkat.
Sebagai contoh, perwakilan dari TSMC (produsen semikonduktor) mengatakan bahwa beralih dari teknologi proses 7-nm ke 5-nm
akan meningkatkan kecepatan clock prosesor hanya 15%.
Alasan perlambatan pertumbuhan frekuensi adalah kebocoran arus, yang tidak diperhitungkan Dennard di akhir 70-an. Dengan penurunan ukuran transistor dan peningkatan frekuensi, arus mulai memanaskan sirkuit mikro lebih kuat, yang dapat merusaknya. Karena itu, pabrikan harus menyeimbangkan daya yang dialokasikan oleh prosesor. Akibatnya, sejak 2006, frekuensi chip massal telah ditetapkan sekitar 4-5 GHz.
/ foto oleh Jason Leung UnsplashSaat ini, para insinyur sedang mengerjakan teknologi baru yang akan memecahkan masalah dan meningkatkan kinerja microchip. Sebagai contoh, para ahli dari Australia sedang
mengembangkan transistor logam-udara, yang memiliki frekuensi beberapa ratus gigahertz. Transistor terdiri dari dua elektroda logam yang bertindak sebagai tiriskan dan sumber dan terletak pada jarak 35 nm. Mereka bertukar elektron satu sama lain karena fenomena
emisi lapangan .
Menurut pengembang, perangkat mereka akan memungkinkan Anda untuk berhenti "mengejar" pengurangan proses teknologi dan berkonsentrasi pada pembangunan struktur 3D berkinerja tinggi dengan sejumlah besar transistor pada sebuah chip.
Aturan Kumi
Itu
dirumuskan pada tahun 2011 oleh profesor Stanford Jonathan Koomey. Bersama dengan rekan-rekan dari Microsoft, Intel dan Carnegie Mellon University, ia
menganalisis informasi tentang konsumsi daya sistem komputasi dimulai dengan komputer ENIAC, yang dibangun pada tahun 1946. Sebagai hasilnya, Kumi membuat kesimpulan berikut:
"Volume perhitungan per kilowatt energi di bawah beban statis berlipat ganda setiap setengah tahun."
Pada saat yang sama, ia mencatat bahwa konsumsi energi komputer selama beberapa tahun terakhir juga meningkat.
Pada 2015, Kumi
kembali ke pekerjaannya dan menambah studi dengan data baru. Dia menemukan bahwa tren yang dia gambarkan telah melambat. Kinerja chip rata-rata per kilowatt energi mulai meningkat dua kali lipat setiap tiga tahun. Tren telah berubah karena kesulitan yang terkait dengan pendinginan chip (
halaman 4 ), karena dengan penurunan ukuran transistor, menjadi lebih sulit untuk menghilangkan panas.
/ foto Derek Thomas CC BY-NDTeknologi pendingin chip baru sedang dikembangkan sekarang, tetapi tidak perlu membicarakan implementasi massanya. Misalnya, pengembang dari sebuah universitas di New York menyarankan
menggunakan pencetakan laser 3D untuk menerapkan lapisan tipis titanium, timah, dan perak yang tahan panas pada kristal. Konduktivitas termal dari bahan semacam itu adalah 7 kali lebih baik daripada antarmuka termal lainnya (pasta termal dan polimer).
Terlepas dari semua faktor,
menurut Kumi , batas energi teoretis masih jauh. Dia merujuk pada studi oleh fisikawan Richard Feynman, yang kembali pada tahun 1985 mencatat bahwa indeks efisiensi energi prosesor akan tumbuh 100 miliar kali. Pada saat 2011, angka ini meningkat hanya 40 ribu kali.
Industri TI terbiasa dengan pertumbuhan tinggi dalam daya komputasi, sehingga para insinyur mencari cara untuk memperluas hukum Moore dan mengatasi kesulitan yang ditentukan oleh aturan Kumi dan Dennard. Secara khusus, perusahaan dan lembaga penelitian mencari pengganti teknologi transistor tradisional dan silikon. Kami akan berbicara tentang beberapa alternatif yang mungkin di waktu mendatang.
Apa yang kami tulis di blog perusahaan:
Laporan kami dengan VMware EMPOWER 2019 di Habré: