การละเมิดกฎหมายของมัวร์: วิธีที่ผู้ผลิตชิปกำลังผลักดันพีซีให้พองระดับใหม่

ไม่มีสองวิธีที่: พีซีกำลังชะลอตัวลงตามอายุ

อาจเป็นเรื่องที่รุนแรงสักหน่อย -computers มีความเร็ว เร็วกว่าและเล็กกว่า แต่ก่อน แต่ประสิทธิภาพของตัวประมวลผลก็ไม่ได้ก้าวหน้าไปในจังหวะที่เลวร้ายในอดีต มีอยู่ครั้งหนึ่ง 50 ถึง 60 เปอร์เซ็นต์ leap ประสิทธิภาพการทำงานปีต่อปีเป็นเรื่องธรรมดา ตอนนี้การปรับปรุงเป็น 10 ถึง 15 เปอร์เซ็นต์เป็นบรรทัดฐาน

โชคดีที่คอมพิวเตอร์ที่มีอายุห้าปีถึงห้าปียังสามารถจัดการกับงานประจำวันได้ดีดังนั้นการชะลอตัวของประสิทธิภาพจึงไม่เป็นปัญหาใหญ่ นอกจากนี้คุณยังไม่ต้องเปลี่ยนเครื่องคอมพิวเตอร์ของคุณทุกๆปีในระหว่างที่เศรษฐกิจตกต่ำ แต่เทคโนโลยีไม่ก้าวหน้าโดยยึดติดกับสภาพที่เป็นอยู่ อนาคตต้องใช้ความเร็ว ! "

" ฉันไม่คิดว่าจะมีเรื่องเกี่ยวกับเรื่องนี้หรือไม่ "สถาปัตยกรรมแบบต่าง ๆ เป็นทางแห่งอนาคต" โชคดีที่ ชื่อที่ใหญ่ที่สุดในโปรเซสเซอร์ PC ไม่พอใจกับสภาพที่เป็นอยู่ ผู้ผลิตชิปกำลังทำงานอย่างดุเดือดในการแก้ปัญหาที่เกิดจากกฎหมายของมัวร์ที่กำลังชะลอตัวและการเพิ่มขึ้นของกำแพงไฟเพื่อลดการเหยียบคันเร่งให้กลายเป็นโลหะ

แล้วพวกเขามีเทคนิคอะไรที่รุนแรงขึ้น ? หลายชนิดที่แตกต่างกันจริงและแต่ละคนมีศักยภาพที่ดีสำหรับอนาคต ลองมาดูที่ด้านหลังม่าน

Intel: สร้างบนไหล่ของยักษ์

วิกิพีเดีย / มีเดียคอมมอนส์ทรานซิสเตอร์นับเป็นเวลาหลายปี (คลิกเพื่อขยาย)

เราสามารถชอปผลกำไรที่น้อยลงไปได้ในปัจจุบันหรือไม่? ไม่ค่อย สายตำนานของมัวร์อาจถูกพูดถึงบ่อยๆเกี่ยวกับประสิทธิภาพของซีพียู แต่ตัวอักษรของกฎหมายหมุนรอบตัวของทรานซิสเตอร์เป็นจำนวนทวีคูณทุกๆสองปี

ขณะที่ผู้ผลิตชิพรายอื่นพยายามที่จะหดตัวทรานซิสเตอร์และบีบให้มากขึ้น บนชิปอินเทลซึ่งเป็น บริษัท ของมัวร์ที่มีชื่อเสียงได้รักษากฎหมายของมัวร์มาตั้งแต่คำพูดของตนซึ่งเป็นความสำเร็จที่วางไว้ที่เท้าเล็ก ๆ ของวิศวกรของ Intel ไม่ใช่วิศวกรเพียงอย่างเดียว

วิศวกรเคลฟเวอร์

เนื่องจากทรานซิสเตอร์กลายเป็นปัญหาที่แน่นแฟ้นขึ้นความร้อนและปัญหาด้านพลังงานเป็นปัญหาใหญ่ ตอนนี้ทรานซิสเตอร์มีขนาดเล็กถึงขนาดที่ทรานซิสเตอร์แต่ละตัวมีทรานซิสเตอร์มากกว่าหนึ่งพันล้านตัวในชิป Ivy Bridge ของ Intel มีขนาด 22 นาโนเมตร (nm) หรือประมาณ 0.000000866 นิ้วซึ่งครองความวุ่นวายเหล่านี้เกิดขึ้นในความคิดสร้างสรรค์

"ไม่ต้องสงสัยเลยว่า ยาก "ผู้จัดการฝ่ายการผลิตด้านเทคนิคของ Intel Chuck Mulloy กล่าวในการสัมภาษณ์ทางโทรศัพท์ "จริงๆ จริงๆ ยากผมหมายถึงเราอยู่ในระดับอะตอม"

เพื่อให้ก้าวหน้าต่อไป Intel ได้ทำการเปลี่ยนแปลงที่สำคัญบางอย่างในการออกแบบฐานของทรานซิสเตอร์ในอดีต ทศวรรษ. ในปีพ. ศ. 2545 บริษัท ได้ประกาศว่ากำลังเปลี่ยนไปใช้ชิปซิลิคอนที่ตึงตัวซึ่งทำให้ประสิทธิภาพของชิปลดลง 10 ถึง 20 เปอร์เซ็นต์โดยการเปลี่ยนโครงสร้างของผลึกซิลิกอนเล็กน้อย

พลัง Mo 'หมายถึงปัญหา Mo' แม้ว่า โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อทรานซิสเตอร์ยังคงหดตัวขึ้นเรื่อย ๆ พวกเขาจะประสบกับการรั่วไหลของอิเล็กตรอนที่เพิ่มขึ้นซึ่งทำให้พวกเขามีประสิทธิภาพน้อยกว่า สองครั้งล่าสุดปรับแก้การรั่วไหลในรูปแบบใหม่ที่

โดยไม่ต้องตระหนี่มากเกินไป บริษัท เริ่มต้นด้วยการเปลี่ยนออกฉนวนซิลิกอนไดออกไซด์มาตรฐานทรานซิสเตอร์ในความโปรดปรานของ insulators "high-k โลหะประตู" ที่มีประสิทธิภาพมากขึ้นในช่วงเปลี่ยนไป กระบวนการผลิต 45nm ฟังดูง่าย แต่ก็เป็นเรื่องใหญ่ ตามมาด้วยการเปลี่ยนแปลงที่น่าทึ่งมากยิ่งขึ้นด้วยการแนะนำเทคโนโลยีทรานซิสเตอร์ "tri-gate" หรือ "3D" ในชิป Ivy Bridge ของ Intel ปัจจุบัน

ภาพ IntelAn เปรียบเทียบการไหลของอิเล็กตรอนผ่านระนาบ (ซ้าย) (ขวา) ทรานซิสเตอร์ อิเล็กตรอนในทรานซิสเตอร์สามประตูไหลบนระนาบแนวตั้งเมื่อเทียบกับการไหลแบบแบนของทรานซิสเตอร์แบบระนาบแบบดั้งเดิม

ทรานซิสเตอร์ "planar" แบบดั้งเดิมมีคู่ของ "ประตู" ที่ด้านข้างของช่องที่มีอิเล็กตรอนอยู่ ทรานซิสเตอร์ Tri-gate แตกความคิดแบบสองมิติด้วยการเพิ่มช่องทางที่สาม เหนือ ช่องโดยเชื่อมต่อประตูสองฝั่ง การออกแบบเพิ่มประสิทธิภาพโดยการลดการรั่วไหลในขณะที่ลดความต้องการใช้พลังงาน อีกครั้งดูเหมือนง่าย แต่การผลิตทรานซิสเตอร์สามมิติต้องใช้ความแม่นยำทางเทคนิค อันยิ่งใหญ่ ในขณะนี้อินเทลเป็นผู้ผลิตชิพประมวลผลสำหรับชิพเท่านั้นที่มีทรานซิสเตอร์ 3D

แล้ว Intel จะเป็นอย่างไรต่อไป บริษัท ไม่ได้บอก ในความเป็นจริง Mulloy กล่าวว่าเทคโนโลยีใด ๆ ของ บริษัท อาจใช้งานได้ราว ตัวอย่างเช่นกระบวนการสร้างภาพพิมพ์อัลตราไวโอเลตขั้นสุดท้ายของยุคหน้าไปสู่ปี "หลุมดำ" ของพีอาร์ก่อนที่ Intel จะแนะนำชิพของตน แต่เขาเน้นการปรับปรุงที่ผ่านมาที่กล่าวข้างต้นไม่เพียง แต่หยุดเมื่อพวกเขาถูกนำเสนอต่อสาธารณชน

"ผู้คนมักคิดว่า 'Intel ใช้สิ่งนี้ตอนนี้พวกเขากำลังทำในสิ่งต่อไป'" Mulloy กล่าว. "ซิลิคอนแบบหลุดออกไม่ได้หายไปเมื่อเราเพิ่มขีดความสามารถของประตูโลหะสูง high-k ประตูโลหะ High-k ไม่ได้หายไปเมื่อเราไปที่ทรานซิสเตอร์ประตู tri-we're ยังคงสร้างและปรับปรุงที่ว่าเรา ' อีกครั้งที่รุ่นที่สี่ของซิลิกอนที่ตึงเครียดประตูเหล็กชนิด high-k รุ่นที่สามและชิป 14nm ที่จะมาถึงจะเป็นรุ่นที่สามของประตู tri "

เทคโนโลยีชิปที่ดีที่สุดที่นั่นก็ยังดีขึ้นเรื่อย ๆ อีกนัยหนึ่ง

โอ้และสำหรับสิ่งที่คุ้มค่า Intel คิดว่ากฎหมายของมัวร์จะยังไม่มีผลใด ๆ สำหรับ อย่างน้อย อีกสองรุ่นที่หดตัวของทรานซิสเตอร์

AMD: การประมวลผลแบบขนาน

อินเทลไม่ใช่ผู้ผลิตชิพรายเดียวในเมืองแม้ว่า เอเอ็มดีคิดว่าอนาคตของประสิทธิภาพในการตัดซีพียูบางส่วนจะลดลงโดยการขยับภาระงานบางส่วนไปยังโปรเซสเซอร์อื่นที่อาจเหมาะสมกับงานเฉพาะอย่างยิ่ง ตัวประมวลผลกราฟิกเช่น ควัน ผ่านงานที่ต้องใช้การคำนวณจำนวนมากพร้อม ๆ กันเช่นการถอดรหัสรหัสผ่านการทำเหมือง Bitcoin และการใช้ทางวิทยาศาสตร์มากมาย

เคยได้ยินเกี่ยวกับการประมวลผลแบบขนานหรือไม่? นั่นคือสิ่งที่เรากำลังพูดถึง

AMD การออกแบบ AMD APU สร้างขึ้นเพื่อมาตรฐาน HSA "การเข้าไปในโหนดขนาดเล็กบนฝั่งทรานซิสเตอร์ช่วยเพิ่มประสิทธิภาพของ CPU โดย 6 ถึง 8 เป็น > Saza Marinkovic ผู้ผลิตด้านการตลาดด้านเทคโนโลยีอาวุโสของเอเอ็มดีกล่าวว่า "10 เปอร์เซ็นต์ในแต่ละปี" "แต่การเพิ่ม GPU ที่มีความสามารถในการคำนวณ GPU จะทำให้ได้กำไรมากขึ้นตัวอย่างเช่นสำหรับ Internet Explorer 8 ถึง IE9 ประสิทธิภาพที่เพิ่มขึ้นคือ 400% - สี่เท่า ประสิทธิภาพของรุ่นก่อนหน้านี้และทั้งหมดก็ขอบคุณ ความสามารถในการเร่งความเร็วของ GPU ของ IE9 " " เราเห็นว่าประสิทธิภาพการทำงานแบบนี้มีอยู่ในซองที่ใช้พลังงานในวันนี้หรือคุณสามารถลดพลังงานลงได้มากและเห็นประสิทธิภาพการทำงานที่เหมือนกัน (ที่คุณมีในปัจจุบัน) "Marinkovic กล่าวว่า

เอเอ็มดีได้เล็งเห็นถึงสถาปัตยกรรมของระบบที่แตกต่างกันเนื่องจากวิธีการกระจายภาระงานระหว่างโปรเซสเซอร์หลายตัวบนชิปตัวเดียวเรียกว่าหน่วยประมวลผลเร่งความเร็วที่เป็นที่นิยมหรือ APU ซึ่งรวมถึงหนึ่งในเครื่องที่เปิดเครื่อง PlayStation 4 เกมคอนโซลที่จะเกิดขึ้น APU มีแกน CPU แบบดั้งเดิมและแกนกราฟิก Radeon ขนาดใหญ่บนตัวตายเดียวกันดังที่แสดงในแผนภาพด้านบน ซีพียูและ GPU ในหน่วยประมวลผล Kaveri APU ของ AMD จะสนับสนุนหน่วยความจำแบบเดียวกันทำให้ระบบเบลอการทำงานและให้ประสิทธิภาพที่รวดเร็วยิ่งขึ้น

AMD ไม่ใช่ผู้ผลิตชิปตัวเดียวที่สนับสนุนแนวคิดเรื่องการประมวลผลแบบขนาน บริษัท เป็นสมาชิกผู้ก่อตั้งของ HSA Foundation ซึ่งเป็นกลุ่มผู้ผลิตชิพด้านบนแม้ว่าอินเทลและ Nvidia จะทำงานร่วมกันเพื่อสร้างมาตรฐานที่หวังจะทำให้การเขียนโปรแกรมสำหรับการประมวลผลแบบขนานทำได้ง่ายขึ้นในอนาคต

เป็นสิ่งที่ดีที่ บริษัท ชั้นนำในอุตสาหกรรมเป็นหัวใจสำคัญในการสร้างวิสัยทัศน์ของมูลนิธิ HSA เนื่องจากเพื่อให้อนาคตในการประมวลผลแบบขนานที่แตกต่างกันออกไปได้เกิดขึ้นโปรแกรมและแอพพลิเคชันต้องมีการเขียนขึ้นโดยเฉพาะเพื่อใช้ประโยชน์จาก การออกแบบฮาร์ดแวร์ HSA Foundation "ซอฟต์แวร์เป็นกุญแจสำคัญ" Marinkovic ยอมรับ "เมื่อคุณดู APUs ด้วย [full HSA compatibility] และไม่มี HSA เต็มรูปแบบซอฟท์แวร์จะต้องเปลี่ยนไป แต่จะเป็นการเปลี่ยนแปลงให้ดีขึ้น … ในกรณีที่เราต้องการจะใช้โค้ดเป็นครั้งเดียวและใช้งานได้ทุกหนทุกแห่ง คุณมีสถาปัตยกรรม HSA ใน บริษัท ต่างๆของ HSA Foundation ที่ต่างกันเหล่านี้หวังว่าคุณจะสามารถเขียนโปรแกรมสำหรับพีซีและเรียกใช้งานได้จากสมาร์ทโฟนหรือแท็บเล็ตด้วยการปรับแต่งหรือรวบรวมข้อมูลเล็ก ๆ น้อย ๆ "

(APIs) ที่รองรับการประมวลผลแบบ GPU แบบคู่ขนานเช่นแพลตฟอร์ม NVIDIA GeForce-centric CUDA, DirectCompute API ที่ฝังลงใน DirectX 11 บนระบบ Windows และ OpenCL ซึ่งเป็นโซลูชันโอเพนซอร์สที่ได้รับการจัดการโดย Khronos Group

การสนับสนุนสำหรับ การเร่งความเร็วของฮาร์ดแวร์กำลังเพิ่มขึ้นในหมู่นักพัฒนาซอฟต์แวร์ แต่ส่วนใหญ่โปรแกรมจะจัดการกับกราฟิกแบบเร่งรัดอย่างใดอย่างหนึ่ง เช่น Internet Explorer และ Flash อยู่ในกลุ่ม bandwagon เมื่อสัปดาห์ที่แล้ว Adobe ประกาศว่าได้มีการเพิ่ม OpenCL สำหรับ Windows Premiere Pro ตามที่ตัวแทนผู้ใช้การ์ดกราฟิกหรือ APU ของ AMD จะสามารถใช้ GPU เร่งความเร็วเพื่อแก้ไขวิดีโอ HD และ 4K ในแบบเรียลไทม์หรือส่งออกวิดีโอได้เร็วกว่าซอฟต์แวร์พื้นฐานที่ไม่ใช่ซอฟต์แวร์ที่มีความเร็วเกินกว่า 4.3 เท่า

"ฉัน อย่าคิดว่ามีเรื่องที่เกี่ยวกับเรื่องนี้หรือไม่ "Marinkovic กล่าว "สถาปัตยกรรมที่ไม่เหมือนใคร

เป็นทางแห่งอนาคต"

OPEL: ซิลิคอนไฮเออร์ gallium arsenide เป็นเวลานานเท่าไร

แต่อนาคตเป็นไปตามเทคโนโลยีซิลิกอนหรือไม่? แน่นอนสำหรับระยะสั้น ไม่แน่นอนในระยะยาว ในอนาคตผู้เชี่ยวชาญไม่ทราบว่าเมื่อซิลิคอนถึงขีด จำกัด และจะไม่สามารถผลักดันได้อีกต่อไป ผู้ผลิตชิปจะต้องเปลี่ยนไปใช้วัสดุอื่น <มุมมองของทรานซิสเตอร์ที่มีการสร้างด้วยแกลเลียม arsenide ของอินเดีย วันนี้เป็นวันที่นักขัตฤกษ์กำลังรอการสำรวจทางเลือกอยู่ โปรเซสเซอร์ Graphene ได้รับความนิยมอย่างมากในฐานะผู้สืบทอดซิลิกอนที่มีศักยภาพ แต่ OPEL Technologies คิดว่าอนาคตจะอยู่ในแกลเลียม arsenide

OPEL ได้รับการปรับแต่งเทคโนโลยีแกลเลียม arsenide ที่เป็นหัวใจของ POET (Planar Opto Electronic Technology) มานานกว่า 20 ปีแล้วและ บริษัท ได้ทำงานร่วมกับ BAE และกระทรวงกลาโหมสหรัฐฯ (เพื่อตรวจสอบความถูกต้อง) ในขณะที่โปรเซสเซอร์ที่ผ่านมาทะลุเข้าไปในแกลเลียม arsenide ได้สิ้นสุดลงในความผิดหวังเล็กน้อยตัวแทน OPEL กล่าวว่าเทคโนโลยีที่เป็นกรรมสิทธิ์ของพวกเขาพร้อมสำหรับการเป็นครั้งใหญ่ OPEL เพิ่งออกจากเวทีการวิจัยและพัฒนา 20nm แต่ บริษัท อ้างว่าที่ 800 นาโนเมตรโปรเซสเซอร์ arsenide แกลเลียมจะเร็วกว่าซิลิคอน

และ

ในปัจจุบันใช้แรงดันไฟฟ้าประมาณครึ่งหนึ่งราว ๆ

"ถ้าคุณต้องการให้ตรงกับความเร็วของโปรเซสเซอร์ซิลิคอนในปัจจุบัน ประมาณ 3GHz นาฬิกาอัตราคุณจะไม่ต้องไปตลอดทางลงไป 20 หรือ 30 นาโนเมตร "OPEL หัวหน้านักวิทยาศาสตร์ดร. Geoffrey Taylor กล่าวว่า "เฮ้ยคุณอาจจะโดน 200 นาโนเมตร" และนั่นคือการใช้เทคโนโลยีระนาบ

ไม่ใช่

ทรานซิสเตอร์ 3D

ปัญหาด้านซิลิคอนทางเลือกหนึ่งที่ใหญ่ที่สุดคือซิลิคอนเป็นเทคโนโลยีที่ล้ำสมัยที่สุดในโลกโดยมีพันล้านลงทุนในการผลิตซิลิคอนโปรเซสเซอร์ ประสิทธิภาพสูงสุด จะเป็นการยากที่จะโน้มน้าวใจให้ Intel, AMD, ARM และ HSA Foundation สามารถทิ้งสิ่งใหม่ ๆ OPEL กล่าวว่าเทคโนโลยีของ บริษัท มีความซ้อนทับกันมากกับวิธีการผลิตซิลิคอนในปัจจุบัน "มันสามารถปรับขนาดได้และใช้สายตากับ CMOS" Peter Copetti กรรมการบริหารกล่าว "สิ่งนี้สำคัญมากในการพูดคุยกับ บริษัท หล่อและ บริษัท เซมิคอนดักเตอร์ที่แตกต่างกันสิ่งแรกที่พวกเขาถามคือ" ฉันต้องปรับปรุงสิ่งอำนวยความสะดวกของฉันหรือไม่? " การลงทุนที่นี่มีน้อยมากเพราะระบบของเรามีส่วนช่วยเสริมให้กับสิ่งที่มีอยู่ในขณะนี้ " OPEL ยังบอกว่าเวเฟอร์ของตนสามารถนำกลับมาใช้ซ้ำได้ European Space Agency องค์การอวกาศยุโรป (European Space Agency) ทำความสะอาดห้องผลิตชิป

International Roadmap for Semiconductors ระบุว่าแกลเลียม arsenide เป็นตัวทดแทนซิลิคอนที่มีศักยภาพในช่วงระหว่างปีพ. ศ. 2561 ถึง พ.ศ. 2569 ยังคงมีการทดสอบและการเปลี่ยนแปลงที่จะเกิดขึ้นก่อนที่ gallium arsenide จะจับตลาดเครื่องประมวลผลบนเครื่องคอมพิวเตอร์หลัก แต่ถ้าแม้เพียงเศษเสี้ยวของคำกล่าวอ้างของ OPEL ก็ถือได้ว่าเป็นจริงเทคโนโลยีของพวกเขาจะช่วยให้โปรเซสเซอร์ของอนาคตเป็นไปอย่างมีประสิทธิภาพ

อย่างน้อยก็จนกว่าเราจะยุบทรานซิสเตอร์โมเลกุลหรือคอมพิวเตอร์ควอนตัม แต่นี่เป็นบทความทั้งหมด …

มุ่งหน้าไปสู่การละลายในวันพรุ่งนี้

ดังนั้นหลังจากที่ทุกอย่าง -! - คุณมีความคิดที่ดีขึ้นว่าอนาคตของประสิทธิภาพ PC จะมุ่งหน้าไปอย่างไร ความคิดริเริ่มต่างๆจาก Intel, AMD และ OPEL แต่ละตัวได้รับการแก้ไขปัญหาใหญ่โดยใช้วิธีที่แตกต่างกันออกไป แต่นั่นเป็นสิ่งที่ดี คุณไม่ต้องการให้ไข่ที่มีศักยภาพทั้งหมดของคุณอยู่ในตะกร้าเพียงอันเดียว

และถ้าทุกชิ้นส่วนที่แตกต่างกันของปริศนาประสิทธิภาพของพีซีประสบความสำเร็จพวกเขาจะรวมเข้าด้วยกันตามหลักวิชาได้ Voltron คล้ายกับการสร้างโปรเซสเซอร์ arsenide แกลเลียมที่มี GPU ซึ่งเป็นโปรเซสเซอร์เจนเนอเรชั่น GPU ซึ่งอาจทำให้กางเกงขาดแรงจากซีพียู Core i7 ในปัจจุบัน เส้นโค้งประสิทธิภาพในปัจจุบันอาจจะราบเรียบออกไป แต่ในอนาคต ไม่เคยดูน่ากลัว