Memecahkan Undang-undang Moore: Bagaimana pembuat chip mendorong PC ke tahap baru

Tidak ada dua cara di sekelilingnya: PC semakin perlahan dengan umur.

Itu mungkin sedikit keras -komputer adalah lebih cepat dan lebih kecil daripada sebelum-tetapi prestasi pemproses tidak semestinya memajukan pada masa lalu. Pada satu masa, 50 hingga 60 peratus lonjakan dalam prestasi tahun ke tahun adalah perkara biasa. Sekarang, 10 hingga 15 peratus peningkatan adalah norma.

Untungnya, komputer lima tahun ditambah masih dapat menangani tugas sehari-hari dengan baik, sehingga perlambatan prestasi bukan masalah besar. Selain itu, ia tidak perlu menggantikan PC anda setiap tahun semasa ekonomi yang turun. Tetapi teknologi tidak maju dengan melekat pada status quo. Keperluan masa depan kelajuan !

"Saya tidak fikir ada sebarang masalah atau masalah tentang ini. Arsitektur heterogen adalah cara masa depan. nama terbesar dalam pemproses PC tidak berpuas hati dengan status quo. Pembuat-pembuat cip bekerja keras untuk menyelesaikan masalah-masalah yang ditimbulkan oleh Undang-undang Moore yang perlahan dan kebangkitan dinding kuasa, dalam usaha untuk menjaga pedal prestasi ke logam.

Jadi apa jenis trik radikal yang mereka miliki lengan mereka ? Beberapa jenis yang berbeza, sebenarnya-dan masing-masing memegang potensi besar untuk masa depan. Mari kita lihat di belakang tirai.

Intel: Membina bahu gergasi

Wikipedia / Wikimedia CommonsChip transistor dikira selama bertahun-tahun. (Klik untuk memperluaskan.)

Bolehkah kita menguji keuntungan prestasi yang tidak mencukupi hari ini kepada pecahan Undang-Undang Moore? Tidak cukup. Baris legenda Moore mungkin sering dikutip untuk bercakap tentang prestasi CPU, tetapi surat Undang-Undang berkisar sekitar jumlah transistor pada litar dua kali ganda setiap dua tahun. Sementara pembuat cip lain telah berjuang untuk mengecilkan transistor dan memerah lebih daripada mereka ke atas cip, Intel-syarikat Moore sendiri yang ditubuhkan - telah mengikut Undang-undang Moore sejak ucapannya, pencapaian yang boleh dibentangkan di kaki tentera kecil jurutera Intel. Bukan sahaja mana-mana jurutera, walaupun jurutera Pandai

. Oleh kerana transistor menjadi lebih kuat, masalah panas dan kecekapan kuasa menjadi masalah utama. Sekarang transistor mencapai saiz hampir hampir tidak kecil-setiap transistor bernilai dua bilion-plus dalam cip Ivy Bridge Intel mengukur 22 nanometer (nm), atau kira-kira 0.000000866 inci-menakluk kesengsaraan ini mengambil pemikiran kreatif. "Tidak ada keraguan ia semakin keras, "kata pengurus perkilangan teknikal Intel Chuck Mulloy dalam temuramah telefon. "Benar, benar-benar

keras. Maksud saya, kita berada di peringkat atom." Untuk memastikan kemajuan a-rollin ', Intel telah membuat beberapa perubahan penting pada reka bentuk asas transistor sepanjang masa lalu dekad. Pada tahun 2002, syarikat itu mengumumkan bahawa ia beralih kepada apa yang dipanggil "silikon tegang," yang meningkatkan prestasi cip sebanyak 10 hingga 20 peratus dengan sedikit mengubah struktur kristal silikon. Khususnya, apabila transistor terus mengecut, mereka mengalami peningkatan "kebocoran" elektron, yang menjadikannya jauh lebih efisien. Dua tweak baru-baru ini memerangi kebocoran dengan cara-cara baru. Tanpa terlalu geeky, syarikat itu mula bertukar-tukar penebat silikon dioksida piawai transistor yang memihak kepada penebat yang lebih cekap "penebat logam tinggi" ketika peralihannya Proses pembuatan 45nm. Ia kedengaran mudah, tetapi ia sebenarnya merupakan masalah besar. Ini diikuti oleh perubahan yang lebih besar, dengan pengenalan teknologi transistor "tri-gate" atau "3D" dalam cip Ivy Bridge semasa Intel.

Gambar IntelAn membandingkan aliran elektron melalui planar (kiri) pintu (kanan) transistor. Elektron di transistor triang pintu mengalir pada satah menegak, berbanding aliran rata transistor planar tradisional.

Transistor "planar" tradisional mempunyai sepasang "pintu" di kedua-dua sisi saluran yang membawa elektron. Transistor tri-pintu menghancurkan pemikiran dua dimensi dengan penambahan gerbang ketiga

lebih

saluran, menyambung kedua-dua pintu sisi. Reka bentuk ini meningkatkan kecekapan dengan mengurangkan kebocoran ketika menurunkan keperluan kuasa. Sekali lagi, kedengaran mudah, tetapi pembuatan transistor tiga dimensi memerlukan

ketepatan ketepatan teknikal. Pada masa ini, Intel adalah satu-satunya pemproses perkilangan pembuat cip dengan transistor 3D. Jadi apa yang akan datang untuk Intel? Syarikat itu tidak memberitahu. Sebenarnya, Mulloy mengatakan bahawa mana-mana teknologi syarikat mungkin seperti-digunakan, katakan, proses fabrikasi berlapis ultraviolet ekstrem yang seterusnya-masuk ke dalam "lubang hitam" PR sebelum Intel memperkenalkannya dalam cipnya. Tetapi, beliau menegaskan, penambahbaikan masa lalu yang dibincangkan di atas tidak hanya berhenti apabila mereka diperkenalkan kepada orang ramai.

"Orang ramai cenderung untuk berfikir 'Intel menggunakan ini, sekarang mereka akan menjadi perkara seterusnya,'" Mulloy kata. "Silikon tegar tidak hilang apabila kami menambah keupayaan gerbang logam tinggi k. Pintu logam tinggi k tidak hilang ketika kami pergi ke transistor tiga pintu-kami masih membina dan menambah baiknya. semula pada generasi keempat silikon tegang, generasi ketiga pintu logam tinggi k, dan cip 14nm yang akan datang akan menjadi generasi kedua pintu gerbang. " Teknologi cip terbaik di luar sana terus bertambah baik,

Oh, dan untuk apa yang bernilai, Intel menganggap Undang-undang Moore akan terus berlanjut untuk

sekurang-kurangnya

dua lagi generasi transistor. Intel bukan satu-satunya pembuat cip di bandar, walaupun. Daripada pertaruhan semata-mata untuk peningkatan teknologi transistor, saingan AMD menganggap masa depan prestasi bergantung pada pemotongan CPU yang agak kendur dengan mengalihkan beberapa beban kerja kepada pemproses lain yang mungkin lebih sesuai untuk tugas tertentu. Pemproses grafik, sebagai contoh, asap melalui tugas-tugas yang memerlukan banyak pengiraan serentak, seperti retak kata laluan, perlombongan Bitcoin, dan banyak kegunaan saintifik. Pernah mendengar pengkomputeran selari?

AMDPermainan AMD APU yang dibina untuk standard HSA.

"Melangkah ke nod yang lebih kecil di sisi transistor meningkatkan prestasi [CPU] sebanyak 6-8 hingga mungkin 10 peratus, tahun ke tahun, "kata Sasa Marinkovic, pengilang pemasaran teknologi kanan di AMD. Sebagai contoh, bagi Internet Explorer 8 untuk IE9 peningkatan prestasi adalah 400 peratus -

empat kali

prestasi generasi terdahulu, dan itu semua berkat "Percepatan GPU [IE9]]."

"Kami melihat jenis lompat prestasi bermain dalam sampul kuasa hari ini, atau anda boleh mengurangkan amplop kuasa dan melihat prestasi yang sama [anda ada hari ini]," kata Marinkovic. AMD telah melangkah ke arah senibina sistem heterogen-sebagai kaedah untuk mengagihkan beban kerja di kalangan beberapa pemproses pada cip tunggal dipanggil-dalam unit pemprosesan dipercepatnya yang popular, atau APU, termasuk yang menghidupkan konsol permainan PlayStation 4 yang akan datang. APU mengandungi teras CPU tradisional dan teras grafik Radeon besar pada mati yang sama seperti yang ditunjukkan dalam rajah blok di atas. CPU dan GPU dalam APU Kaveri seterusnya akan mengongsikan memori yang sama, mengaburkan garis-garis lebih jauh dan menawarkan prestasi lebih cepat. AMD bukan satu-satunya pembuat chip yang menyokong idea pengkomputeran selari. Syarikat itu merupakan ahli pengasas Yayasan HSA, sebuah konsortium pembuat cip teratas - walaupun sans Intel dan Nvidia-yang bekerjasama untuk mewujudkan piawaian yang semestinya akan menjadikan pengaturcaraan untuk pengkomputeran selari lebih mudah di masa depan. Adalah satu perkara yang baik bahawa syarikat-syarikat yang terkemuka di industri memberikan tulang punggung penglihatan Yayasan HSA, kerana untuk masa depan yang besar, pengkomputeran yang bersamaan untuk menghasilkan, program dan aplikasi perlu ditulis secara khusus untuk memanfaatkan reka bentuk perkakasan.

Yayasan HSA

"Perisian adalah kunci," Marinkovic mengakui. "Apabila anda melihat APU dengan [keserasian penuh HSA] dan tanpa HSA penuh, perisian itu perlu diubah. Tetapi ia akan menjadi perubahan yang lebih baik … Di mana kita mahu mendapatkan kod-sekali, dan digunakan di mana-mana. anda mempunyai seni bina HSA di semua syarikat Yayasan HSA yang berbeza, mudah-mudahan anda dapat menulis program untuk PC dan menjalankannya pada telefon pintar atau tablet anda dengan beberapa tweak kecil atau kompilasi. "

Anda sudah dapat mencari aplikasi antara muka pemprosesan (API) yang membolehkan pengkomputeran GPU selari, seperti platform CUDA GeForce-centric Nvidia, API DirectCompute yang dibakar ke dalam DirectX 11 pada sistem Windows, dan OpenCL, penyelesaian sumber terbuka yang diuruskan oleh Kumpulan Khronos. pecutan perkakasan sedang meningkat di kalangan pemaju perisian, walaupun kebanyakan program mengendalikan grafik yang intensif dalam beberapa cara. Internet Explorer dan Flash berada di alat muzik, contohnya. Hanya pada minggu lalu, Adobe mengumumkan ia menambah sokongan OpenCL untuk versi Windows Premiere Pro. Menurut perwakilan, pengguna dengan kad grafik diskrit AMD atau APU akan dapat memanfaatkan percepatan GPU untuk mengedit video HD dan 4K secara real time, atau mengeksport video hingga 4.3 kali lebih cepat daripada perangkat lunak tidak berskala dasar. "Saya jangan berfikir ada apa-apa perkara atau perkara tentang perkara ini, "kata Marinkovic. "Arsitektural heterogen adalah

cara masa depan."

OPEL: Berapa lama, silicon, halo, galium arsenide!

Tetapi masa depannya berdasarkan teknologi silikon, Pasti, untuk jangka pendek. Pasti tidak, dalam jangka panjang. Pada masa yang akan datang, pakar-pakar tidak tahu bila silikon akan mencapai hadnya dan tidak akan dapat ditolak lagi. Pembuat Cip akan perlu menukar ke bahan yang lain.

MITPenghantaran transistor indium gallium arsenide yang direka oleh penyelidik MIT.

Hari itu adalah jauh, tetapi para penyelidik sudah meneroka alternatif. Pemproses graphene menerima banyak gembar-gembur sebagai pengganti silikon yang berpotensi, tetapi OPEL Technologies menganggap masa depan terletak pada galium arsenide. OPEL telah memperhalus teknologi arsenide gallium di tengah-tengah platform POET (Platformar Opto Electronic Technology) selama lebih dari 20 tahun, dan syarikat itu telah bekerja dengan BAE dan Jabatan Pertahanan AS (antara lain) untuk mengesahkannya. Ketika prosesi prosesor masa lalu menjadi gallium arsenide telah berakhir dengan kekecewaan yang sedikit, wakil OPEL mengatakan teknologi proprietari mereka sudah siap untuk masa yang besar. OPEL baru-baru ini keluar dari panggung R & D dan tidak cuba membuat transistor itty-bitty di Ivy Bridge's Saiz 20nm, tetapi syarikat itu mendakwa bahawa pada 800nm, prosesor galium arsenide lebih cepat daripada silikon hari ini

dan

menggunakan kira-kira separuh voltan sebanyak.

"Jika anda ingin memadankan kelajuan pemproses silikon hari ini, kira-kira kadar jam 3GHz, anda tidak perlu pergi ke 20 atau 30 nanometer, "kata ketua saintis OPEL Dr. Geoffrey Taylor. "Heck, anda mungkin boleh memukulnya pada 200nm." Dan itu menggunakan teknologi planar,

tidak

transistor 3D

Salah satu masalah terbesar yang dihadapi oleh silikon alternatif ialah silikon adalah teknologi paling canggih di dunia, dengan berbilion-bilion yang melabur dalam pemprosesan silikon untuk kecekapan maksimum. Ia akan menjadi sukar untuk meyakinkan Intel, AMD, ARM, dan Yayasan HSA untuk menggugurkan semua itu untuk bahan baru. OPEL mengatakan teknologinya mempunyai tumpang tindih yang besar dengan kaedah fabrikasi silikon semasa.

"Ia berskala, dan ia bolt ke CMOS," kata pengarah eksekutif Peter Copetti. "Ini sangat penting. Dalam perbincangan kami dengan syarikat pengecap dan semikonduktor yang berbeza, perkara pertama yang mereka tanya adalah 'Adakah saya perlu mengulangi kemudahan saya?' Pelaburan di sini adalah minimum kerana sistem kami adalah pelengkap kepada apa yang ada di sini sekarang. " OPEL juga mengatakan wafernya boleh diguna semula. European Space AgencyA Ruang Angkasa Eropah ruang bersih untuk fabrikasi cip Hala Tuju Teknologi Antarabangsa untuk Semikonduktor telah mengenal pasti gallium arsenide sebagai pengganti silikon berpotensi antara 2018 dan 2026. Masih ada satu ton ujian dan peralihan yang perlu dilakukan sebelum gali arsenide menangkap

mana-mana pasaran pemproses utama PC, tetapi sekalipun sebahagian kecil daripada tuntutan OPEL berlaku, teknologi itu dapat menguasai prosesor masa depan. Baiklah, sekurang-kurangnya sehingga kita memecahkan transistor molekul atau pengkomputeran kuantum. Tetapi itu adalah satu artikel yang lebih baik …

Melangkah ke arah lebur yang berhadapan esok

Jadi, selepas semua itu - kamu mempunyai idea yang lebih baik di mana masa depan prestasi PC diketuai. Inisiatif dari Intel, AMD, dan OPEL masing-masing menangani masalah besar dalam cara yang berbeza, tetapi itu adalah perkara yang baik. Anda tidak mahu semua telur berpotensi anda dalam satu bakul tunggal.

Dan yang terbaik, jika semua kepingan yang berbeza dari teka-teki prestasi PC terbukti berjaya, mereka dapat menggabungkan secara teoritis dalam Fesyen seperti Voltron untuk menghasilkan pemproses galaksi aromatik, yang dibantu GPU-dibantu, tri-pintu gerbang arsenide, yang boleh meniup seluar walaupun paling ketara pemproses Core i7 hari ini. Keluk prestasi hari ini mungkin meratakan, tetapi masa depan tidak pernah kelihatan begitu

dengan kejam

.