Problema da Lei de Moore. Era do microprocessador por do sol quando não há alternativas.
A Electronics Magazine, em 1965, publicou um artigo agora amplamente conhecido sobre a integração de componentes de sistemas integrados, de autoria de Gordon Moore, que mais tarde fundou a Intel Corporation. Ao mesmo tempo, foi uma sensação, especialmente naqueles dias em que o computador parecia inacreditável até para pessoas instruídas. Moore conduziu uma análise do desenvolvimento da tecnologia dos computadores nos últimos 5 anos e fez uma previsão para os próximos 10. Gordon Moore literalmente estabeleceu o ritmo do desenvolvimento da tecnologia, e os desenvolvedores de processadores o acompanharam por quatro décadas. Esta lei não é uma lei científica, física ou qualquer lei em si, é apenas a observação de uma pessoa sobre o desenvolvimento de uma empresa, que de repente começou a funcionar. Vale a pena entender o porquê?
Seguindo essa lei, é muito fácil prever o desenvolvimento de suas tecnologias e das empresas que elas fornecem. Ficou claro que é exatamente isso que é necessário para as empresas: o consumidor espera um aumento de produtividade de duas vezes a cada 2 anos e o fabricante não precisa falar sobre isso, o consumidor espera isso de qualquer maneira. Você também pode dizer que esta lei regula o ritmo do desenvolvimento. Você pode criar uma tecnologia inovadora e muito moderna, mas depois de muito tempo será impossível lançar algo mais tecnológico. A atualização geracional é muito importante para o fabricante, as vantagens do novo devem ser óbvias, o preço geralmente é mais baixo e a produtividade é mais alta. Exceto por soluções bastante baratas. É importante vender um grande número de soluções não muito modernas, e somente dessa maneira trará renda, atualizá-las é quase inútil. Isso era óbvio mesmo naqueles dias, e a Intel adotou essa lei, começou a segui-la, e aí toda a indústria se firmou. Vale dizer que essas leis não são boas demais. O problema deles é a flexibilidade muito pequena da ideia de aumentar a potência e reduzir o tamanho. Na busca pelo poder, somos constantemente confrontados com uma parede de limitações de problemas que precisamos resolver aqui e agora, ou a empresa não poderá lançar uma nova geração de processadores. Algumas restrições eram muito poderosas e é um grande mérito das pessoas que fizeram as arquiteturas desses processadores que eles conseguiram contornar essas restrições. Isso levou toda a indústria, a apresentação prematura de tecnologias em sua forma de não muito alta qualidade poderia causar problemas no futuro. Em outros momentos, a tecnologia tornou possível criar um avanço real, mas eles decidiram esquecê-lo como um pesadelo e ainda seguir a lei.
Existem várias limitações principais no caminho de desenvolvimento dos processadores:
problemas tecnológicos de transistores de impressão de tamanhos muito pequenos.
Difusão contra implantação de íons.
Dois métodos de impressão de semicondutores que são fundamentalmente diferentes um do outro, dos quais depende o tamanho de um processo técnico que podemos imprimir. Se você não usar uma terminologia complicada, a difusão é descrita da seguinte forma: durante a difusão térmica, a concentração máxima de uma impureza está sempre na superfície e diminui monotonicamente com a profundidade, ou seja, usando alguns fatores (temperatura, concentração), podemos controlar a taxa de difusão, mas o processo inevitavelmente se espalha em todas as direções (se espalha), aumentando a tecnologia de processo máxima possível. Mas foi substituído por um método de doping mais moderno: durante a implantação de íons, os átomos dopantes ionizam em um forte campo elétrico e irradiam a superfície da placa com uma máscara de óxido preparada com antecedência, o que nos permite controlar o processo em todas as direções. No momento, esse método de liga ainda tem potencial e não requer substituição.
- restrições de dimensão de cristal
O comprimento de onda da propagação da luz obviamente depende de sua frequência. Uma onda com uma frequência de 4000 MHz tem um comprimento de 7,5 cm. Considerando o fato de que a onda no processador não se propaga linearmente, o tamanho máximo do cristal de silício do processador é ainda menor, exatamente o que costumávamos ver, e você não pode aumentá-lo.
- o problema do alto consumo de processador
Com o aumento da frequência, o número de transistores e alguns outros fatores, o aquecimento aumenta na proporção direta. Sempre deve estar dentro de limites razoáveis, ninguém vai querer comprar um processador que precisará ser resfriado usando nitrogênio líquido. O consumo diminui com a diminuição do processo de fabricação, porque a luz percorre uma distância menor e leva a menos calor, e o processador esquenta de maneira desigual, mas para resfriá-la com eficiência, é necessário distribuir a temperatura.
O aumento progressivo do consumo a partir da frequência do processador, neste caso, impõe uma estrutura muito rigorosa para a frequência máxima do processador, uma vez que não era óbvio, todo mundo imaginava o processador do futuro com uma frequência dez vezes maior do que a que vemos agora. Em termos relativos, aumentar a frequência do processador em 2 vezes nos dá 2 vezes o segundo consumo de energia e dissipação de calor. No entanto, mesmo sem aumentar a frequência do relógio no ritmo que era no século passado, a lei de Moore, em certo sentido, funcionou, e os processadores realmente se tornaram mais poderosos, de outras maneiras.
- limitações de tamanho da rede de silício
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A dimensão mínima da porta do semicondutor do transistor é limitada não apenas pelas tecnologias que atingem o menor tamanho possível de elemento, mas também pelo tamanho da estrutura de cristal de silício. Sua dimensão é de 0,5 nanômetros, mas definitivamente o elemento não pode ter o mesmo tamanho da estrutura cristalina e próximo a ele. Pode-se concluir que o tamanho mínimo possível do obturador pode ser de aproximadamente 1 nanômetro, mas isso não faz sentido, pois os obturadores tão próximos não podem trabalhar em conjunto com outros, o que causará mau funcionamento. É difícil prever quais tecnologias serão usadas no futuro, mas, digamos, um tamanho de obturador de 4-5 nanômetros pode ser considerado limitante, mas apenas para o silício.
Lei de Moore e o mercado moderno de processadores.
O mercado de processadores está há muito tempo estagnado. Não apenas o desenvolvimento de novas tecnologias está desacelerando, mas também não trazem um aumento óbvio de produtividade. No entanto, não notamos nenhum problema, os novos processadores ainda são mais poderosos e melhores que os antigos. Quando o desempenho do núcleo atinge seu pico, multicore e multithreading vêm em socorro. A estratégia de popularizar sistemas multicore é uma estratégia de desenvolvimento bastante promissora. É respeitado pela AMD. A promoção do multicore é necessária, pois longe de todos os programas e aplicativos suporta um grande número de núcleos. Alguns até precisam de um thread de alto desempenho, que terá desempenho mais fraco em um processador com vários núcleos do que em um processador com menos de 8 threads (com frequência e processo de fabricação semelhantes). Mas você precisa mudar isso. Um processador com vários núcleos é muito mais multitarefa quando o programa usa muitos recursos do processador, mas ao mesmo tempo ocupa um encadeamento. Um processador multi-core obviamente fará melhor e será menos sobrecarregado. Nós podemos apenas esperar.