Windows

Breaking Moore's Law: Miten chipmakers työntävät tietokoneita pilkkanaan uusia tasoja

Latif Nasser: The amazing story of the man who gave us modern pain relief

Latif Nasser: The amazing story of the man who gave us modern pain relief

Sisällysluettelo:

Anonim

Ei ole olemassa kahta tapaa sen ympärillä: tietokone hidastuu iän myötä.

Se voi olla hieman kova - Tietokoneet ovat nopeampia ja pienempiä kuin koskaan ennen, mutta prosessorin suorituskyky ei yksinkertaisesti edisty aikaisemmassa tahdissaan. Kerralla 50-60 prosentin harppaukset edelliseen vuoteen olivat yleisiä. Nyt 10-15 prosentin parannukset ovat normaalia.

Onneksi viisi vuotta vanhoja tietokoneita voi silti ratkaista arkipäivän tehtäviä hienosti, joten suorituskyvyn hidastuminen ei ole suuri ongelma. Lisäksi on mukavaa, että sinun ei tarvitse vaihtaa tietokonetta joka toinen vuosi alas talouden aikana. Teknologia ei kuitenkaan edisty kiinni nykytilanteeseen. Tulevaisuus tarvitsee nopeutta !

"En usko, että asiasta voi olla jotain muuta. Heterogeeniset arkkitehtuurit ovat tulevaisuuden tapa."

Onneksi suurimmat nimet PC-prosessoreissa eivät ole tyytyväisiä status quoon. Chip makers työskentelevät ääneen ratkaisemaan ongelmat, joita Moore laki hidastaa ja vallan seinämän nousu pyrkiessään pitämään pedaali metalliin.

Millaisia ​​radikaaleja temppuja heillä on hihoissaan ? Useat erilaiset, tosiasiallisesti - ja jokaisella on suuret mahdollisuudet tulevaisuuteen. Katsotaanpa verhon taakse.

Intel: jättiläisten hartioille

Wikipedia / Wikimedia CommonsChip-transistori laskee vuosien varrella. (Napsauta laajentaaksesi.)

Voimmeko leikata nykypäivän vähäiset suorituskyvyt Mooren lain hajoamiseen? Ei aivan. Mooren legendaarinen linja saatetaan usein väärin puhua CPU: n suorituskyvystä, mutta lain kirjain pyörii noin kahden transistorien määrän piirissä, joka kaksinkertaistuu joka toinen vuosi.

Vaikka muut sirunvalmistajat ovat taistelleet pienentämään transistoreja ja puristamaan enemmän niistä siru, Intel - yritys, jonka Moore itse on luonut - on seurannut Moorin lakia sen sanan jälkeen, mikä on saavutus, joka voidaan asettaa Intelin pienten insinöörien armeijaan. Ei vain mikään insinööri. Clever insinöörit.

Koska transistorit pakottavat tiiviimmin, lämpö- ja tehokkuusongelmat ovat suuria ongelmia. Nyt kun transistorit ovat saavuttaneet melkein pienimpiä pieniä kokoja - kukin Intelin Ivy Bridge -sirujen miljardin plus-transistoreista mittaa 22 nanometriä (nm) tai noin 0,000000866 tuumaa, jotka voittavat nämä ongelmat luovat luovaa ajattelua.

"Ei ole epäilystäkään, kova ", Intelin tekninen valmistuspäällikkö Chuck Mulloy sanoi puhelinhaastattelussa. "Todella todella kovaa. Tarkoitan, että olemme atomitasolla."

Jotta progressiota jatkettaisiin, Intel on tehnyt joitakin merkittäviä muutoksia transistorien perusrakenteeseen aikaisemmin vuosikymmenellä. Vuonna 2002 yhtiö ilmoitti siirtyvänsä niin sanottuun "kireään piiliksi", mikä lisäsi sirun suorituskykyä 10-20 prosenttia lieventämällä hieman piikiteiden rakennetta.

Mo "teho tarkoittaa kuitenkin mo" -ongelmia. Erityisesti, kun transistorit kutistuvat edelleen, ne kärsivät lisääntyneestä elektronien "vuotamisesta", mikä tekee niistä paljon vähemmän tehokkaita. Kaksi äskettäistä tweaksia torjuu tämän vuotamisen uusilla tavoilla.

Ilman liian geekia yritys aloitti vaihtamalla transistorien tavanomaiset piidioksidieristimet tehokkaampien "high-metal-gate" -eristimien eduksi siirryttäessä 45 nm valmistusprosessi. Se kuulostaa yksinkertaiselta, mutta se oli todella iso juttu. Tätä seurasi vieläkin monumentaalimpi muutos, jossa Intelin nykyisten Ivy Bridge-sirujen "tri-gate" tai "3D" transistoritekniikan käyttöönotto.

IntelAn-kuva, jossa vertaillaan elektronien virtausta tasomaisella (vasemmalla) portti (oikea) transistorit. Kolmivaihteisten transistoreiden elektronit virtaavat pystytasossa verrattuna perinteisten tasomaisten transistorien tasaiseen virtaan.

Perinteisissä "tasomaisissa" transistoreissa on pari "portteja" elektronisten kanavien kummallakin puolella. Tri-gate-transistorit rikkoivat tämän kaksiulotteisen ajattelun lisäämällä kolmanteen porttiin yli kanavan, joka yhdistää molemmat sivuportit. Suunnittelu parantaa tehokkuutta vähentämällä vuotoa samalla kun se vähentää tehontarpeita. Jälleen, se kuulostaa yksinkertaiselta, mutta kolmiulotteisten transistorien valmistus vaatii valtavaa teknistä tarkkuutta. Tällä hetkellä Intel on ainoa siruvalmistajaprosessori, jossa on 3D-transistorit.

Mitä seuraavaksi Intelille on? Yhtiö ei kerro. Itse asiassa Mulloy sanoo, että mikä tahansa teknologia, jota yritys voi käyttää, kuten seuraavan sukupolven äärimmäisen ultravioletti-litografian valmistusprosessi, menee PR-mustan aukon vuosiin ennen Intelin tuomista sen siruihin. Mutta hän korosti, että edellä mainitut parannukset eivät vain pysähdy, kun heidät esitellään yleisölle. "Ihmiset taipuvat ajatella, että Intel käytti tätä, nyt he tulevat seuraavaan asiaan", Mulloy sanoi. "Kireät piimetallit eivät poistuneet, kun lisäsimme korkean metalli-portin kykyjä. High-metal-portti ei poistunut, kun menimme tri-gate-transistoreihin - me vielä rakennamme ja parannamme sitä. neljännen sukupolven kudottu pii, kolmannen sukupolven high-metal-portti ja tulevat 14nm-pelimerkit ovat kolmannen sukupolven kolmiportainen. "

Paras sirutekniikka vain paranee paremmin

Voi, ja mitä se kannattaa, Intel ajattelee, että Mooren laki jatkaa

vähintään kahden transistori-kutistuneen sukupolven ylläpitoa. AMD: Parallel computing all the way

Intel ei ole kuitenkaan ainoa siruyrittäjä kaupungissa. Sen sijaan, että panostettaisiin pelkästään transistoritekniikan parannuksiin, kilpailija AMD ajattelee suorituskyvyn tulevaisuutta leikkaamalla CPU: ita hieman löysällä siirtämällä osaa työmääristä muihin prosessoreihin, jotka saattavat soveltua paremmin tiettyihin tehtäviin. Graafiset prosessorit, esimerkiksi

savu tehtävien kautta, jotka edellyttävät lukuisia samanaikaisia ​​laskutoimia, kuten salasanan halkeilua, Bitcoin-kaivostoimintaa ja monia tieteellisiä käyttötapoja. Oletko koskaan kuullut rinnakkaisesta laskennasta?

AMD AMD APU: n rakennettu HSA-standardeihin.

"Siirtyminen pienempiin solmuihin transistorin puolella kasvattaa [CPU] suorituskykyä 6-8 -

ehkä 10 prosenttia vuosi vuodelta ", sanoo AMA: n johtava teknologian markkinointi valmistaja Sasa Marinkovic. "GPU-laskenta-ominaisuuksien lisääminen GPU-laskentaominaisuuksiin antaa kuitenkin paljon suurempia hyötyjä. Esimerkiksi Internet Explorer 8: stä IE9: lle suorituskyky kasvoi 400 prosenttia - neljä kertaa edellisen sukupolven suorituskykyä ja kaikki on kiitettävää [IE9: n] GPU-kiihtyvyys. " " Näemme, että tällaisen suorituskyvyn harppaus pelaa nykypäivän virran kirjekuoressa tai voit suuresti pienentää virran kirjekuorta ja nähdä saman suorituskyvyn [sinulla on tänään], "Marinkovic sanoo. AMD on pyrkinyt kohti heterogeenista järjestelmäarkkitehtuuria, sillä menetelmää jakaa työprosentti useiden prosessorien joukossa yhdelle sirulle kutsutaan sen suosituimpiin nopeutettuihin prosessointiyksiköihin tai APU: eihin, mukaan lukien tuleva PlayStation 4 -pelikonsoli. APU: t sisältävät perinteisiä CPU-ytimiä ja suurta Radeon-grafiikkaympyrää samassa muotissa, kuten yllä olevassa lohkokaaviossa on esitetty. AMD: n seuraavien generaattorien Kaveri-APU: n CPU ja GPU jakavat saman muistivälineen, heikentävät linjat entisestään ja tarjoavat vieläkin nopeamman suorituskyvyn.

AMD ei ole ainoa siruyrittäjä, joka tukee ajatusta rinnakkaisesta laskennasta. Yhtiö oli HSA-säätiön perustajajäsen, top-chip-päättäjien - vaikkakin

sans

Intel ja Nvidia - yhteenliittymä, joka työskentelee yhdessä luomalla standardeja, jotka toivottavasti tekevät ohjelmointia rinnakkaislaskuista helpompaa tulevaisuudessa. On hyvä, että alan johtavat yritykset tarjoavat HSA-säätiön vision perusta, sillä jotta rinnakkaisen tietojenkäsittelyn suuri heterogeeninen tulevaisuus saadaan aikaan, ohjelmat ja sovellukset on kirjoitettava nimenomaisesti hyödyntämään laitteistot. HSA-säätiö

"Ohjelmisto on avain", Marinkovic myöntää. "Kun katsot APU: ita [täydellä HSA-yhteensopivuudella] ja ilman täydellistä HSA: ta, ohjelmiston täytyy muuttua, mutta se on muutos parempaan … Missä haluamme päästä, on koodi kerran ja käytämme kaikkialla. sinulla on HSA-arkkitehtuuri kaikissa näissä erilaisissa HSA-säätiöyrityksissä, toivottavasti voit kirjoittaa ohjelman tietokoneelle ja käyttää sitä älypuhelimellasi tai tablet-laitteellasi muutamalla pienellä tweaksilla tai kokoelmalla. "

Sovellus on jo olemassa jotka mahdollistavat rinnakkaisen GPU-tietojenkäsittelyn, kuten Nvidian GeForce-centrisen CUDA-alustan, DirectC-sovellusliittymän, joka on avattu DirectX 11: een Windows-järjestelmässä ja OpenCL, joka on Khronos-konsernin hallinnoima avoimen lähdekoodin ratkaisu.

laitteiston kiihtyvyys on piristymässä ohjelmistokehittäjien keskuudessa, vaikka suurin osa ohjelmista käsittelee intensiivistä grafiikkaa jollain tavalla. Internet Explorer ja Flash ovat esimerkiksi kaistalla. Vain viime viikolla Adobe ilmoitti lisännyt OpenCL-tuen Premiere Pro -ohjelman Windows-versiolle. Edustajien mukaan AMD-diskreetin näytönohjaimen tai APU: n käyttäjät voivat hyödyntää GPU-kiihtyvyyttä muokata HD- ja 4K-videoita reaaliaikaisesti tai viedä videoita jopa 4,3 kertaa nopeammin kuin perusnopeutettu ohjelmisto.

"I älä usko, että tästä ei ole mitään, "Marinkovic sanoo. "Heterogeeniset arkkitehtuurit

ovat

tulevaisuuden tapa." OPEL: Niin kauan, silicon, hello, gallium arsenide! Mutta onko tämä tulevaisuus silicon teknologiaan perustuva, koska tämän päivän laskenta on?

ehdottomasti lyhyellä aikavälillä. Ehdottomasti, ei pitkällä aikavälillä. Joskus tulevaisuudessa - asiantuntijat eivät tiedä tarkkaan, milloin pii saavuttaa rajansa ja yksinkertaisesti sitä ei voida enää työntää.

MITT: n näkemys MIT-tutkijoiden valmistamasta indium-gallium-arseniditransistorista.

Tuo päivä on kaukana, mutta tutkijat etsivät jo vaihtoehtoja. Graphene-prosessorit saavat paljon hypeä mahdollisena pii-seuraajana, mutta OPEL Technologies uskoo, että tulevaisuus on galliumarsenidissa.

OPEL on hienosäätänyt galliumarseniditekniikkaa POET-järjestelmän (Planar Opto Electronic Technology) yli 20 vuotta, ja yhtiö on työskennellyt muun muassa BAE: n ja Yhdysvaltain puolustusministeriön kanssa sen vahvistamiseksi. Kun OPEL: n edustajat sanovat, että heidän oma tekniikkansa on valmis suurelle ajalle.

OPEL vain äskettäin lähti liikkeelle T & K-vaiheesta, eikä ole yrittänyt tehdä ittybitty-transistoreita Ivy Bridge'n 20nm: n kokoinen, mutta yhtiö väittää, että 800nm: n galliumarsenidiprosessorit ovat nopeampia kuin nykypäivän pii

ja

käyttävät noin puolta jännitteellä. "Jos haluat vastata nykyisten piiprosessoreiden nopeuteen noin 3GHz: n kellotaajuus, sinun ei tarvitse mennä kokonaan 20 tai 30 nanometriä kohti ", kertoo OPEL: n päätieteilijä Dr. Geoffrey Taylor. "Heck, voit todennäköisesti osua siihen 200nm: ssä." Ja se käyttää tasotekniikkaa, ei

3D-transistoreita. Yksi piinavaihtoehtojen suurimmista ongelmista on se, että pii on maailman huipputeknologia, jossa miljardit panostivat piisprosessorien valmistamiseen maksimaalinen tehokkuus. Intelin, AMD: n, ARM: n ja HSA-säätiön on vaikea saada pudota kaikki uudesta materiaalista. OPEL sanoo, että sen teknologialla on suuri päällekkäisyys nykyisten piikiekkomenetelmien kanssa. "Se on skaalautuva, ja se on päinvastainen CMOS-järjestelmään", sanoo pääjohtaja Peter Copetti. "Se on erittäin tärkeä. Keskustellessamme erilaisten valimoiden ja puolijohdevalmayhtiöiden kanssa, ensimmäinen asia, jonka he kysyvät, on:" Onko minun tehtäväni vaihtaa laitokseni? " Investointi on vähäistä, koska järjestelmämme täydentää sitä, mitä siellä on nyt. " OPEL sanoo myös, että sen kiekot ovat uudelleenkäytettäviä.

Euroopan avaruusjärjestöEuroopan avaruusjärjestön puhdas huone sirujen valmistukseen

Puolijohteiden kansainvälisen teknologian etenemissuunnitelma on tunnistanut Gallium-arseenin mahdolliseksi piin korvaamiseksi joskus vuosien 2018 ja 2026 välisenä aikana. Testien ja siirtymisen jälkeen on vielä olemassa tonni, ennen kuin galliumarsenidi saa

mikä tahansa , mutta jos jopa murto-osa OPELin väitteistä pitää paikkansa, sen teknologia voi hyvinkin tehostaa prosessorin tulevaisuutta. No, ainakin kunnes molekyyli-transistorit tai kvanttitekniikka hajoavat. Mutta se on koko artikkeli … Striding kohti kasvojen sulamista huomenna

Joten, kun kaikki that-whew! - Sinulla on parempi käsitys siitä, missä tulevaisuuden PC suorituskyky on menossa. Intelin, AMD: n ja OPEL: n aloitteet kohtaavat suuria ongelmia aivan eri tavoin, mutta se on hyvä asia. Lopuksi kaikki potentiaalisi munat et halua yhdestä korista.

Ja parhaimmillaan, jos kaikki PC: n suorituskyvyn palaset osoittavat onnistuneiksi, ne

voisivat

teoriassa sulautua Voltron-tyyppinen muoti, joka luo uber-voimakas, GPU-avusteisen tri-gate-gallium-arsenidiprosessorin, joka voisi pilata housut pois jopa nykypäivän Core i7 -prosessoreista. Tämän päivän suorituskykykäyrä saattaa olla tasaantumassa, mutta tulevaisuus ei ole koskaan näyttänyt niin beastly