Правило мура: Закон Гордона Мура формулировка, применение, следствие
Конец эпохи закона Мура и как это может повлиять на будущее информационных технологий
О том, что собой представляет так называемый Закон Мура на Geektimes, наверное, рассказывать в подробностях не стоит — все мы знаем о нем, хотя бы и приблизительно. Если вспомнить кратко, то этот закон — эмпирическое наблюдение, которое сделано Гордоном Муром. Формулировок самого закона было несколько, но современная гласит, что количество транзисторов, размещаемых на кристалле интегральной схемы, удваивается каждые 24 месяца. Чуть позже появилась разновидность закона, где фигурирует не два года, а 18 месяцев. Это связано уже не с Муром, а с Давидом Хаусом из Intel. По его мнению, производительность процессоров должна удваиваться каждые 18 месяцев из-за одновременного роста как количества транзисторов, так и быстродействия каждого из них.
Со времени формулировки закона разработчики электронных элементов стараются шагать в ногу с установленными временными рамками. Вообще говоря, для 1965 года закон был чем-то необычным, его даже можно назвать радикальным. Тогда «мини ЭВМ» все еще не были очень уж маленькими, занимая в помещении объем обычного рабочего стола, а то и больший. В то время сложно было представить, что компьютеры со временем могут даже стать частью холодильника, стиральной машины или другой бытовой техники. Большинство людей никогда не видели компьютер, а те, кто видели, почти никогда с ними не работали. Ну а те, кто работали, использовали перфокарты и другие не слишком удобные инструменты взаимодействия с ЭВМ, которые, в свою очередь, работали для решения достаточно узкого круга задач.
Над идеей Мура после того, как о ней стало известно, начали даже подшучивать в журналах. Например, в одном из них разместили вот такую вот карикатуру:
Тогда было сложно представить, что вскоре даже такие компьютеры вовсе не будут считаться маленькими. Иллюстрацию, кстати, видел Мур, и она его очень удивила своей оригинальностью. Насколько можно судить, художник пытался передать несколько скептический настрой в отношении идеи постоянного уменьшения размеров ПК. Но через 25 лет эта иллюстрация стала вполне себе обыденной реальностью.
Влияние Закона Мура
Как уже говорилось выше, существует несколько вариаций Закона Мура, речь не идет только лишь о постоянном увеличении числа транзисторов в чипе. Одно из последствий идеи Мура — попытка выяснить, насколько быстро будут работать все уменьшающиеся по размеру транзисторы. Также ученые и специалисты по информационным технологиям, используя идею Мура, пытались и пытаются предзаказать, насколько быстро будет расти объем ОЗУ, основной памяти, насколько производительными будут чипы и т.п.
Но главное — не в том, какая из версий Закона Мура более любопытна/полезна, а в том, какое влияние основная идея оказала на наш мир. Здесь можно выделить три основные формы влияния. Это соперничество разработчиков, прогнозирвание и изменение архитектуры вычислительных систем.
Соперничество
Закон Мура можно использовать для того, чтобы выяснить, сколько информации можно хранить в объеме одного чипа. Этот закон, кстати, вполе можно отнести к RAM. На заре компьютерной техники, вернее, ПК, компьютерный чип мог хранить . Сами чипы стали называть RAM (Random Access Memory). Чипы с 16К стали выпускать многие. Затем, в полном соответствии с законом Мура или даже быстрее, появились чипы с 64 К. Инженеры, которые разрабатывали эти чипы, знали о Законе и старались ему соответствовать. Таким образом, с самого начала наладился особенный, безостановочный цикл производства, когда инженеры, выпуская один чип, уже заканчивали работать над его следующим поколением. Такая ситуация наблюдается и сейчас. Все знают о правилах и игры, и все в ней участвуют.
Прогнозирование
Зная о тенденции увеличения числа транзисторов в объеме чипа (а формула изначально была достаточно четкой) инженеры любой из компаний, выпускающих электронные компоненты, могли примерно представить себе, когда какое поколение чипов выйдет. И это был довольно точный прогноз. Также можно было себе представить, в каком году и с какой производительностью будет работать процессор.
Инженеры на предприятиях стали составлять производственные планы, ориентируясь, в основном, на Закон Мура. Продавцы компьютерной техники хорошо представляли себе, когда какое поколение машин должно уйти с рынка, и когда какое должно появиться.
Закон Мура, можно сказать, наладил производственный процесс выпуска электронных компонентов и систем. Сюрпризов в этом плане не было, да и быть не могло, ведь все работали примерно с одинаковой скоростью, не пытаясь обогнать или отстать от временных рамок, заданных Муром. Все было превосходно предсказуемым.
Архитектура ПК и элементов
Все тот же Закон Мура позволил инженерам разработать дизайн чипов, который стал на долгое время эталоном. Речь идет об Intel 4004 и его последующих инкарнациях. Была разработана специализированная архитектура, которая получила название архитектура фон Неймана.
В марте 1945 года принципы логической архитектуры были оформлены в документе, который назывался «Первый проект отчёта о EDVAC» — отчет для Баллистической Лаборатории Армии США, на чьи деньги осуществлялась постройка ЭНИАКа и разработка EDVACа. Отчет, поскольку он являлся всего лишь наброском, не предназначался для публикации, а только для распространения внутри группы, однако Герман Голдстайн — куратор проекта со стороны Армии США — размножил эту научную работу и разослал её широкому кругу ученых для ознакомления. Так как на первой странице документа стояло только имя фон Неймана[1], у читавших документ сложилось ложное впечатление, что автором всех идей, изложенных в работе, является именно он. Документ давал достаточно информации для того, чтобы читавшие его могли построить свои компьютеры, подобные EDVACу на тех же принципах и с той же архитектурой, которая в результате стала называться «архитектурой фон Неймана».
После завершения Второй Мировой войны и окончания работ над ЭНИАКом в феврале 1946 года команда инженеров и ученых распалась, Джон Мокли, Джон Экерт решили обратиться в бизнес и создавать компьютеры на коммерческой основе. Фон Нейман, Голдстайн и Бёркс перешли в Институт перспективных исследований, где решили создать свой компьютер «IAS-машина», подобный EDVACу, и использовать его для научно-исследовательской работы. В июне 1946 года они[2][3] изложили свои принципы построения вычислительных машин в ставшей классической статье «Предварительное рассмотрение логической конструкции электронно-вычислительного устройства». С тех пор прошло более полувека, но выдвинутые в ней положения сохраняют свою актуальность и сегодня. В статье убедительно обосновывается использование двоичной системы для представления чисел, а ведь ранее все вычислительные машины хранили обрабатываемые числа в десятичном виде. Авторы продемонстрировали преимущества двоичной системы для технической реализации, удобство и простоту выполнения в ней арифметических и логических операций. В дальнейшем ЭВМ стали обрабатывать и нечисловые виды информации — текстовую, графическую, звуковую и другие, но двоичное кодирование данных по-прежнему составляет информационную основу любого современного компьютера.
Все основы, которые были заложены несколько десятков лет назад и стали основой. В дальнейшем почти все оставалось неизменным, разработчики лишь старались сделать компьютеры все более производительными.
Стоит помнить, что в основе всего лежит Закон Мура. Все его инкарнации служили поддержкой базовой модели развития компьютерной техники, и уже мало что могло привести к разрыву этого цикла. И чем активнее шло развитие компьютерной техники, тем глубже, можно сказать, увязали в законе разработчики этих систем. Ведь создание иной архитектуры ЭВМ занимает годы и годы, и мало кто из компаний мог себе позволить эту роскошь — поиск альтернативных путей развития компьютерной техники. Научно-исследовательские организации вроде МИТ проводили храбрые эксперименты вроде Lisp Machine и Connection Machine, здесь же можно упомянуть и один из японских проектов. Но все это закончилось ничем, в ходу осталась архитектура фон Неймана.
Работа инженеров и программистов теперь заключалась в оптимизации работы своих программ и «железа», с тем, чтобы каждый квадратный миллиметр чипов работал все более эффективно. Разработчики соревновались в кэшировании все больших объемов данных. Также различные производители электронных компонентов старались (и стараются до сих пор) разместить как можно большее количество ядре в рамках одного процессора. Как бы там ни было, вся работа сосредоточилась на ограниченном количестве процессорных архитектур. Это X86, ARM и PowerPC. Тридцать лет назад их было гораздо больше.
X86 используются преимущественно на десктопах, ноутбуках и облачных серверах. ARM процессоры работают на телефонах и планшетах. Ну а PowerPC в большинстве случаев используются в автомобильной индустрии.
Интересным исключением из жестких правил игры, установленных Законом Мура, можно назвать GPU. Их разрабатывали для того, чтобы с высокой степенью эффективности обрабатывать графическую информацию, поэтому их архитектура отличается от процессорной (еще бы). Но для того, чтобы справляться со своей задачей, GPU пришлось дорабатывать независимо от эволюции процессоров. Архитектуру видеокарт оптимизировали для обработки большого количества данных, необходимых для прорисовки изображения на экране. Поэтому здесь инженеры разработали иной тип чипов, который не заменил существующие процессоры, а дополнил их возможности.
Когда закон Мура перестанет работать?
В обычном смысле он уже перестал работать, в том классическом понимании, о котором шла речь выше. Об этом свидетельствуют различные источники, включая, например, этот. Сейчас гонка еще продолжается. Например, в том же выпущенном 1971 году первом коммерческом 5-х битном процессоре Intel 4004 было 2300 транзисторов. Через 45 лет, в 2016 году, компания Intel представила 24-ядерный процессор Xeon Broadwell-WS с 5,7 млрд транзисторов. Этот процессор выпускается по 14 нм технологии. IBM не так давно анонсировала 7 нм процессор с 20 млрд транзисторов, а затем и 5 нм процессор с 30 млрд транзисторов.
Но 5 нм — это слой толщиной всего в 20 атомов. Здесь уже инженерия подступает вплотную к техническому пределу дальнейшего совершенствования техпроцесса. Кроме того, плотность размещения транзисторов в современных процессоров очень велика. На квадратный миллиметр — 5 или даже 10 миллиардов транзисторов. Скорость передачи сигнала в транзисторе очень высока и меет большое значение. Частота ядра работы современных наиболее быстрых процессоров составляет 8.76 ГГц. Дальнейшее ускорение тоже хотя и возможно, но является технической проблемой, причем очень и очень большой. Именно поэтому инженеры предпочли создавать мультиядерные процессоры, а не продолжать наращивать частоту работы одного ядра.
Это позволило сохранить темпы увеличения количества операций за секунду, предусмотренных законом Мура. Но все же сама мультиядерность это некоторое отступление от закона. Тем не менее, ряд специалистов считает, что не имеет значения, каким образом мы пытаемся «успеть», главное, что темпы развития технологий, в частности, компьютерной техники, более-менее соответствуют закону Мура.
Ниже показан график, построенный Стивом Джурветсоном, сооснователем компании Draper Fisher Jurvetson. Он утверждает, что это дополненный график, ранее представленный Рэем Курцвейлом.
На этом графике показана относительная стоимость количества операций на единицу времени (1 секунда). То есть мы можем наглядно видеть, насколько подешевели компьютерные вычисления с течением времени. Причем вычисления становились все более универсальными, если так можно выразиться. В 40-х годах существовали специализированные машины, предназначенные для взлома военных кодов. В 1950-х ЭВМ стали использовать для работы с общими задачами, и эта тенденция сохраняется до сих пор.
Интересно то, что на графике последние две позиции — это GPU, GTX 450 и NVIDIA Titan X. Что интересно — в 2010 году на графике не было никаких GPU, лишь мультиядерные процессоры.
В общем, GPU уже здесь, и многие ими довольны. Кроме того, сейчас все популярнее становится такое направление, как глубокое обучение, одно из проявлений нейросетей. Их разработкой занимаются многие компании, большие и маленькие. И GPU идеально подходят для нейросетей.
К чему все это? Дело в том, что общий рост количества вычислений пока сохраняется, да, но вот методы и оборудование меняются.
Что все это значит?
Сейчас меняется сама форма компьютерных вычислений. Архитекторам вскоре не нужно будет думать о том, что еще предпринять, чтобы успеть за законом Мура. Сейчас постепенно внедряются новые идеи, которые позволят достичь высот, недоступных обычным компьютерным системам с традиционной архитектурой. Возможно, в скором будущем скорость вычислений будет иметь не такое и большое значение, улучшить производительность систем можно будет иначе.
Самообучающиеся системы
Сейчас многие нейросети зависят от GPU. Для них создаются системы со специализированной архитектурой. Например, корпорация Google разработала собственные чипы, которые получили название TensorFlow Units (илиTPUs). Они позволяют сохранять вычислительные мощности за счет эффективности производимых вычислений. Корпорация Google использует эти чипы в своих дата-центрах, на их основе работают многие облачные сервисы компании. В результате эффективность работы систем выше, а потребление энергии — ниже.
Специализированные чипы
В обычных мобильных устройствах сейчас работают ARM-процессоры, которые являются специализированными. Эти процессоры обрабатывают информацию, поступающую с камер, оптимизируют обработку речи, в режиме реального времени работают с распознаванием лиц. Специализация во всем — вот, что ожидает электронику.
Специализированная архитектура
Да, свет клином не сошелся на архитектуре фон Неймана, сейчас разрабатываются системы с разной архитектурой, предназначенной для выполнения разных задач. Эта тенденция не только сохраняется, но даже ускоряется.
Безопасность компьютерных систем
Киберпреступники становятся все более умелыми, при взломе некоторых систем сейчас можно получить миллионы, десятки миллионов долларов. Но в большинстве случаев взломать систему можно из-за программных или аппаратных ошибок. Подавляющее количество приемов, используемых взломщиками, работают на системах с архитектурой фон Неймана, но они не будут работать с другими системами.
Квантовые системы
Так называемые квантовые компьютеры — экспериментальная технология, которая, кроме всего прочего, является еще и очень дорогой. Здесь используются криогенные элементы, плюс много всего другого, чего нет в обычных системах. Квантовые компьютеры абсолютно не похожи на привычные нам ЭВМ, и закон Мура к ним никак не применим. Тем не менее, с их помощью, как считают специалисты, можно радикально повысить производительность некоторых типов вычислений. Возможно, именно закон Мура привел к тому, что ученые и инженеры начали искать новые способы повышения эффективности вычислений, и нашли их.
В качестве послесловия
Скорее всего уже через 5-10 лет мы увидим абсолютно новые системы вычислений, речь сейчас о полупроводниковой технике. Эти системы будут опережать наши самые смелые планы и развиваться очень быстрыми темпами. Скорее всего, специалисты, стремясь обойти закон Мура, создадут новые технологии разработки чипов, которые, если бы о них нам рассказали сейчас, показались бы нам магией. Что сказали бы люди, жившие 50 лет назад, если бы им дали современный смартфон? Мало кто понял бы, как все работает. Так и в нашем случае.
Закон Мура больше не работает. Как развивает вычислительная техника сегодня
Как появился закон Мура
Гордон Мур в своем прогнозе 1965 года предсказал, что за десять лет — к 1975 году — количество элементов в каждом чипе вырастет с 26 (64 единицы) до 216 (65 536 единиц). По словам Мура, при сохранении такой тенденции мощности процессоров за достаточно короткий промежуток времени будут расти экспоненциально — то есть в два раза, именно это и стало называться законом Мура.
Гордон Мур
Почти через 40 лет после своего прогноза, в 2003 году, Мур начал сомневаться в продолжительности действия такого развития вычислительной техники. В своей научной работе No Exponential is Forever: But Forever Can Be Delayed! («Экспоненциальный рост не вечен, но эту вечность можно отложить!» — «Хайтек») он пояснил, что такой рост величин в течение длительного времени практически невозможен, поскольку техника в том виде, в котором она существовала, постоянно упирается в различные именно физические пределы. Для радикального роста инженерам приходилось достаточно сильно менять саму структуру транзисторов и открывать новые материалы, из которых их можно собирать.
Транзисторы. История появления
Транзистором называют радиоэлектронный компонент из полупроводникового материала, который на сегодняшний день является основным рабочим компонентом всех электронных устройств и микросхем. Он может от небольшого входного сигнала управлять током в выходной цепи, что позволяет его использовать для усиления, генерирования, коммутации и преобразования электрических сигналов.
Первый транзистор появился спустя десятилетия исследований ученых со всего мира у группы физиков под руководством Джозефа Бекера. Их финансировала компания Bell Telephone Laboratories, одна из самых наукоемких и богатых в США рубежа 1940-х. Еще один физик, Уильям Браттейн, спустя многолетние не очень удачные исследования твердотельных приборов однажды случайно сблизил два игольчатых электрода на поверхности германия, да еще перепутал полярность напряжений питания, и вдруг заметил влияние тока одного электрода на ток другого. Уже через полгода — к середине 1947 года — у них заработал первый твердотельный усилитель, который считают первым в мире транзистором.
Bell Labs сразу оформила патент на это изобретение, но технология была очень нестабильной и имела массу проблем. Первые транзисторы, поступившие в продажу в 1948 году, работали ненадежно — если их потрясти, коэффициент усиления резко менялся, а при нагревании устройства совсем переставали работать.
В 1952 году Bell Labs решила предоставить права на изготовления транзистора всем компаниям, которые смогут заплатить $25 тыс. за пользование патентом. И уже в 1953 году на рынке появилось первое коммерческое изделие на основе транзисторов — слуховой аппарат от пионера в этой области Джона Килби из компании Centralab.
После этого транзисторы заменили все радиолампы в электронных устройствах. Начиная с первых транзисторов по сегодняшний день, все микросхемы используются в качестве так называемых планарных или плоских транзисторов. Последние 50 лет инженеры пытались уменьшить размеры транзисторов, чтобы на одну плату могло влезть как можно больше подобных схем. Например, если в 1965 году в микросхему можно было встроить 30 транзисторов, то теперь — около 55 млн.
Копия первого в мире работающего транзистора
Во время эволюции транзисторов менялись не только их размеры, но и материалы, а также геометрия и технологии производства. При этом уменьшение транзистора влияет и на его рабочие характеристики, поскольку уменьшив его, например, в пять раз, увеличивается его скорость работы — тоже в пять раз.
Основная проблема, связанная с уменьшением размера транзистора, сталкивается с тем, что увеличение количества транзисторов приводит к росту потребляемой мощности и обычному перегреву микросхемы. Он происходит из-за утечки тока через слой диэлектрика, который приходится также снижать при уменьшении самого транзистора.
Альтернативой обычным стали SOI-транзисторы, в которых слой диэлектрика добавляют вглубь кремния для остановки утечки тока. Это позволяет даже повысить скорость работы транзисторов на 25%, однако у технологии есть и недостаток. Для работы таких схем необходимо повышать напряжение, что негативно сказывается на характеристиках. Таким образом, обычные кремниевые транзисторы подошли к физическому пределу, для преодоления которого ученым приходится не просто менять принцип работы устройства, а создавать новые схемы передачи электронов. Из-за этого закон Мура сейчас практически перестал работать.
В каком диапазоне будут работать вакуумные транзисторы
Сейчас ученые активно развивают технологию создания вакуумных транзисторов, поскольку вакуум — намного более выгодная среда для передачи электронов, нежели твердое тело. Вакуумное устройство может стать первым полноценным терагерцевым транзистором, работающим намного быстрее кремниевых. Еще одной заменой кремниевых могут стать графеновые или состоящие из нанотрубок устройства, однако все эти технологии пока находятся на стадии разработки.
Закон Мура больше не работает?
Уже в 2007 году сам Мур заявил, что действие этого закона больше невозможно из-за фундаментальных причин — атомарной природы вещества и ограничения скорости света, которое не позволяет процессорам работать еще быстрее.
Рост числа транзисторов в период 1971–2011 годов. Закон Мура
Критика закона Мура появилась почти сразу после его появления. Одним из самых уязвимых мест этой концепции был пункт, что при экспоненциальном увеличении мощностей процессоров их стоимость каждый раз уменьшается примерно на такой же порядок. Если в 1969 году стоимость создания первого персонального компьютера h416 от компании Honeywell составляла более $10 тыс., то к 1971 году она должна была снизиться до $5 тыс., а к 1973 году — до $2,5 тыс.. Однако в 1975 году фирма MOS Technology, Inc. начала производство компьютера KIM-1, который стоил $245.
Постоянно критиковались не только финансовые стороны этого закона, но и невозможность переложить его на другие сферы. В 1983 году издание Scientific American в своем материале заявило, что «закон Мура абсолютно невозможно использовать не только в промышленности в широком смысле этого слова, но и практически во всех отраслях, смежных с вычислительной техникой».
Закон Рока
Существует также закон Рока, названный в честь известнейшего инвестора Артура Рока. Согласно ему, размер прибыли компании по производству таких чипов также должен удваиваться каждые четыре года. По сути, закон Рока можно рассматривать как обратную сторону закона Мура, когда развитие технологий рассматривается только с экономической точки зрения.
Артур Рок отмечал, что закон Мура может работать только в случае роста прибыли корпораций, которые занимаются созданием вычислительной техники. Если достаточно капиталоемкая полупроводниковая промышленность начинает приносить большую прибыль, инвесторы начинают еще больше вкладывать деньги в эту отрасль, что снова дает резкий рост технической стороне.
При этом за последние 50 лет стоимость производства транзисторов упала в тысячи раз, и сейчас она обходится не дороже цены, которую в типографии берут за один знак, например, за точку.
По прогнозам, закон Мура будет действовать, хоть и в несколько видоизмененном формате, до конца 2025 года. В 2014 году компания Intel заявила, что темпы разработки транзисторов уменьшились, а сроки работы закона Мура скорректировались до 2,5 лет. Как будет развиваться вычислительная техника после 2025 года, до конца не ясно.
Артур Рок
Сейчас только две компании смогли создать транзисторы с такими техническими характеристиками и стоимостью, которые соответствовали бы прогнозам Мура — корпорации TSMC и Samsung Electronics, с производственными узлами в 10 нм, 7 нм и 5 нм (и еще планируют узлы в 3 нм). При этом темпы Intel и других бывших лидеров этого направления достаточно сильно упали.
Тем более, что еще в 2012 году исследовательская группа из Университета Нового Южного Уэльса объявила о разработке первого рабочего транзистора, состоящего из одного атома, размещенного точно в кристалле кремния (а не только из большой выборки случайных транзисторов). Закон Мура предсказал, что этот рубеж будет достигнут только к 2020 году. После создания такого типа транзисторов технологиям будет практически некуда развиваться дальше.
Многие участники рынка предполагают, что очередная революция в вычислительной технике произойдет с появлением первых квантовых компьютеров. Однако сейчас, даже несмотря на появление громких новостей, до его создания пока достаточно далеко.
Квантовый компьютер считается потенциальным вычислительным устройством следующего поколения, который будет работать на явлениях квантовой механики — квантовой суперпозиции и квантовой запутанности. В отличие от обычных компьютеров, он будет оперировать не битами с возможными значениями 0 или 1, а кубитами — они будут иметь одновременно значение и 0, и 1.
Теоретически это позволит обрабатывать все возможные состояния кубита одновременно, значительно увеличивая скорость работы компьютера. На сегодняшний день реально работающих квантовых компьютеров пока не существует.
Еще одним вектором для развития вычислительной техники может являться более традиционный подход — в частности, создание новых материалов, из которых можно собирать транзисторы. Ведь первоначально проводники делались из различных металлов с легирующими примесями — индия, галлия и алюминия, но постепенно инженеры начали экспериментировать над разными материалами для полупроводниковых транзисторов. В том числе начал использоваться германий, на смену которому пришел кремний — он используется и на сегодняшний день. Каждый используемый материал обладал собственной скоростью передачи электронов, а также уникальными характеристиками, например, теплопередачей или мощностью работы. Обычный кремниевый транзистор не может работать под напряжением более 1 кВ, тогда как вакуумные лампы намного эффективнее их в этом вопросе.
Другие эксперты считают, что будущее вычислительной техники — за соединением искусственного интеллекта и органических веществ для создания биокомпьютера. Однако такие разработки пока находятся несколько на периферии технологической мысли или в области научной фантастики.
Закон Мура — Википедия
Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Зако́н Му́ра (англ. Moore’s law) — эмпирическое наблюдение, изначально сделанное Гордоном Муром, согласно которому (в современной формулировке) количество транзисторов, размещаемых на кристалле интегральной схемы, удваивается каждые 24 месяца. Часто цитируемый интервал в 18 месяцев связан с прогнозом Давида Хауса из Intel, по мнению которого, производительность процессоров должна удваиваться каждые 18 месяцев из-за сочетания роста количества транзисторов и увеличения тактовых частот процессоров[1].
Рост числа транзисторов на кристалле микропроцессора показан на графике справа. Точки соответствуют наблюдаемым данным, а прямая — периоду удвоения в 24 месяца.
История
В 1965 году (через шесть лет после изобретения интегральной схемы) один из основателей Intel Гордон Мур в процессе подготовки выступления нашел закономерность: появление новых моделей микросхем наблюдалось спустя примерно год после предшественников, при этом количество транзисторов в них возрастало каждый раз приблизительно вдвое. Он предсказал, что к 1975 году количество элементов в чипе вырастет до 2^16 (65 тыс) с 2^6 (64) в 1965 году[1]. Мур пришел к выводу, что при сохранении этой тенденции мощность вычислительных устройств за относительно короткий промежуток времени может вырасти экспоненциально.[источник не указан 413 дней] Это наблюдение получило название — закон Мура.
В 1975 году Гордон Мур внёс в свой закон коррективы, согласно которым удвоение числа транзисторов будет происходить каждые два года (24 месяца)[2][1].
Существует масса схожих утверждений, которые характеризуют процессы экспоненциального роста, также именуемых «законами Мура». К примеру, менее известный «второй закон Мура»[3], введённый в 1998 году Юджином Мейераном, который гласит, что стоимость фабрик по производству микросхем экспоненциально возрастает с усложнением производимых микросхем. Так, стоимость фабрики, на которой корпорация Intel производила микросхемы динамической памяти ёмкостью 1 Кбит, составляла $4 млн, а оборудование по производству микропроцессора Pentium по 0,6-микрометровой технологии с 5,5 млн транзисторов обошлось в $2 млрд. Стоимость же Fab32, завода по производству процессоров на базе 45-нм техпроцесса, составила $3 млрд[4].
По поводу эффектов, обусловленных законом Мура, в журнале «В мире науки» как-то было приведено такое интересное сравнение:
«Если бы авиапромышленность в последние 25 лет развивалась столь же стремительно, как промышленность средств вычислительной техники, то сейчас самолёт Boeing 767 стоил бы 500 долл. и совершал облёт земного шара за 20 минут, затрачивая при этом пять галлонов (~18,9 л) топлива. Приведенные цифры весьма точно отражают снижение стоимости, рост быстродействия и повышение экономичности ЭВМ».
В 2003 году Мур опубликовал работу «No Exponential is Forever: But „Forever“ Can Be Delayed!», в которой признал, что экспоненциальный рост физических величин в течение длительного времени невозможен, и постоянно достигаются те или иные пределы. Лишь эволюция транзисторов и технологий их изготовления позволяла продлить действие закона ещё на несколько поколений[6].
В 2007 году Мур заявил, что закон, очевидно, скоро перестанет действовать из-за атомарной природы вещества и ограничения скорости света[7].
Следствия и ограничения
Параллелизм и закон Мура
В последнее время, чтобы получить возможность задействовать на практике ту дополнительную вычислительную мощность, которую предсказывает закон Мура, стало необходимо задействовать параллельные вычисления. На протяжении многих лет производители процессоров постоянно увеличивали тактовую частоту и параллелизм на уровне инструкций, так что на новых процессорах старые однопоточные приложения исполнялись быстрее без каких-либо изменений в программном коде.[8] Примерно с середины десятилетия 2000-х годов по разным причинам производители процессоров предпочитают многоядерные архитектуры, и для получения всей выгоды от возросшей производительности ЦП программы должны переписываться в соответствующей манере. Однако не каждый алгоритм поддается распараллеливанию, определяя, таким образом, фундаментальный предел эффективности решения вычислительной задачи согласно закону Амдала.
См. также
Примечания
- ↑ 1 2 3 https://cacm.acm.org/magazines/2017/1/211094-exponential-laws-of-computing-growth/fulltext
- ↑ https://arstechnica.com/information-technology/2016/02/moores-law-really-is-dead-this-time/
- ↑ Родоначальник // Компьютерра-онлайн «Мур в 1965 вывел не один закон, а два. И как раз второй закон Мура является более серьёзным ограничением для первого.»
- ↑ Корпорация Intel ввела в строй первый завод для крупносерийного производства микропроцессоров на базе 45-нм производственного процесса Архивная копия от 21 августа 2008 на Wayback Machine
- ↑ Так же упоминается в книге: Майоров С. А., Кириллов В. В., Приблуда А. А. Введение в микроЭВМ. — Л.: Машиностроение, Ленингр. отд-ние, 1988. — С. 121. — с ил., 304 с. — 120 000 экз. — ISBN 5-217-00180-1.
- ↑ Moore, Gordon E. No Exponential is Forever: But “Forever” Can Be Delayed! (англ.). International Solid-State Circuits Conference (ISSCC) 2003 / SESSION 1 / PLENARY / 1.1 (2003). Проверено 3 января 2015.
- ↑ 10 лет до 10нм: закон Мура все ещё работает… // PCNews, 12.07.2008; Intel confident for 10nm and beyond 07/07/2008
- ↑ Herb Sutter, http://www.gotw.ca/publications/concurrency-ddj.htm The Free Lunch Is Over: A Fundamental Turn Toward Concurrency in Software], Dr. Dobb’s Journal, 30(3), March 2005
Литература
- More Moore. IEEE, 2016. Прогноз до 2030 года. (англ.)
Ссылки
Закон Мура — 7 интересных фактов
Автор Исхаков Максим На чтение 4 мин. Просмотров 524 Опубликовано Обновлено
19 апреля одно из самых недооценённых правил в истории отметило день рождения. Закон Мура, пророческое наблюдение из статьи в Electronics Magazine от со-основателя компании Intel Гордона Мура, который стал основополагающим принципом развития технологий.
7 интересных фактов о Законе Мура
1. Это наблюдение, а не закон. Законы не меняются. Наблюдения могут меняться. Классическое определение закона Мура гласит, что число транзисторов на чипе удваивается каждые два года. С 1965 по 1975 год их число удваивалось каждый год. Примерно с 2008 года темп замедлился от 2,5 до 3 лет. Никогда темпы не составляли раз в 18 месяцев, хотя это самая известная версия. Так что к долговечности закона добавляется гибкость. Сам Мур не называл его законом.
«Закон Мура стали применять ко всему, что растёт в геометрической прогрессии, и я рад иметь к этому отношение», пошутил Мур однажды.
Гордон Мур – один из основателей Intel
2. Всё зависит от него. Венчурные капиталисты не вкладывают средства в ведущие полупроводниковые компании, начинающие предприниматели мечтают о запуске сайтов, а Apple стала одной из самых ценных компаний в мире технологий, продавая устройства как роскошь. Полупроводники примерно так же «круты», как вакуумные трубки, на замену которым они пришли. Но без работы, выполненный в неприметных бежевых зданиях, мы бы не имели современных технологий. Если мы до сих пор использовали технологию времён начала Технологической революции, iPhone сейчас был бы размером с пароход. Сотовые вышки соперничали бы в размерах с монументом Вашингтона, а датацентры Google потребляли бы столько же энергии, сколько весь Манхэттен.
На протяжении многих лет люди утверждали, что развитие транзисторов неважно. Ряд статей в 2003 году за авторством Марка Андреессена и Эрика Шмидта говорили о том, что аппаратное обеспечение даёт более высокую производительность, чем необходимо. Всего через несколько месяцев Wi-Fi стал глобальный сенсацией, и появились Facebook и YouTube.
Дайте людям дешёвые транзисторы и они найдут способ использовать их.
3. Почему закон работает? Потому что сокращаются размеры. Количество транзисторов удваивается в значительной степени потому, что менеджеры могут заставить инженеров уменьшать их в постоянном темпе. Уменьшая транзисторы, вы сокращаете расстояние для пробега электронов. Это, в свою очередь, повышает производительность. Более высокопроизводительные небольшие чипы могут быть получены из пластины тех же размеров, нежели более старые, сложные и медленные. Это означает, что при одних и те же основных капитальных затратах можно получать дополнительную прибыль.
Том Ли из Стэнфорда отметил, что полупроводниковая промышленность остается практически неизменной: она выпускает чипов на примерно 300 млрд. долларов в год, которые могли бы покрыть площадь около 300 акров. Однако стоимость этих чипов растёт астрономически.
В большинстве отраслей промышленности это не так. Если пекарня решила сократить количество теста в каждом печенье, его вкус не станет лучше и доходы не вырастут вдвое. Печенье просто станет меньше.
4. Промышленный оптимизм. Один из самых недооцененных аспектов закона Мура: несмотря на высокие затраты и технические проблемы, технология неизменно становится лучшей и более безопасной инвестицией, нежели практически всё остальные, потому что будущее в определённой степени является предсказуемым. Инвестирование миллиардов в новые фабрики или энергоэффективные центры обработки данных влечёт за собой риск, но гораздо меньший, чем бурение нефти в Арктике.
5. Компании следуют закону Мура не потому что хотят, а потому что должны. Риск всё же имеется. Почему производители процессоров не остановятся или замедлятся? Потому что их обойдут конкуренты.
6. Мур тоже ошибался. Он как-то предсказал, что кремниевые пластины, из которых делаются чипы, будут 56 дюймов и более в диаметре к 2005 году и продолжат расти. На самом деле сейчас их размер составляет 450 миллиметров или около 18 дюймов. Увеличение пластин оказалась более сложной и дорогостоящей задачей, чем ожидалось.
Через пять лет после публикации Мур написал другую часть предсказаний будущего электроники, согласно которой компания Ovonics сможет изменить рынок памяти к концу десятилетия. Спустя 45 лет и миллиарды вложенных долларов вклад Ovonics оказался почти незаметным.
7. Когда закон Мура прекратит работать? У миниатюризации есть пределы. Исследователи говорят, что мы можем упереться в физические пределы сокращения размеров транзисторов к 2021 году. После этого придётся начинать расщеплять атомы.
Но значит ли это, что технологическая промышленность тоже упрётся в стену? Ни за что. Ведущие производители чипов начинают выпускать процессоры с трёхмерными транзисторами. Вместо уменьшения расстояния между транзисторами они укладываются поверх друг друга. Выход для движения вперёд ищется постоянно.
На видео: Просто и понятно о законе Мура за минуту.
Закон Мура — Википедия
Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Зако́н Му́ра (англ. Moore’s law) — эмпирическое наблюдение, изначально сделанное Гордоном Муром, согласно которому (в современной формулировке) количество транзисторов, размещаемых на кристалле интегральной схемы, удваивается каждые 24 месяца. Часто цитируемый интервал в 18 месяцев связан с прогнозом Давида Хауса из Intel, по мнению которого, производительность процессоров должна удваиваться каждые 18 месяцев из-за сочетания роста количества транзисторов и увеличения тактовых частот процессоров[1].
Рост числа транзисторов на кристалле микропроцессора показан на графике справа. Точки соответствуют наблюдаемым данным, а прямая — периоду удвоения в 24 месяца.
История
В 1965 году (через шесть лет после изобретения интегральной схемы) один из основателей Intel Гордон Мур в процессе подготовки выступления нашел закономерность: появление новых моделей микросхем наблюдалось спустя примерно год после предшественников, при этом количество транзисторов в них возрастало каждый раз приблизительно вдвое. Он предсказал, что к 1975 году количество элементов в чипе вырастет до 2^16 (65 тыс) с 2^6 (64) в 1965 году[1]. Мур пришел к выводу, что при сохранении этой тенденции мощность вычислительных устройств за относительно короткий промежуток времени может вырасти экспоненциально.[источник не указан 413 дней] Это наблюдение получило название — закон Мура.
В 1975 году Гордон Мур внёс в свой закон коррективы, согласно которым удвоение числа транзисторов будет происходить каждые два года (24 месяца)[2][1].
Существует масса схожих утверждений, которые характеризуют процессы экспоненциального роста, также именуемых «законами Мура». К примеру, менее известный «второй закон Мура»[3], введённый в 1998 году Юджином Мейераном, который гласит, что стоимость фабрик по производству микросхем экспоненциально возрастает с усложнением производимых микросхем. Так, стоимость фабрики, на которой корпорация Intel производила микросхемы динамической памяти ёмкостью 1 Кбит, составляла $4 млн, а оборудование по производству микропроцессора Pentium по 0,6-микрометровой технологии с 5,5 млн транзисторов обошлось в $2 млрд. Стоимость же Fab32, завода по производству процессоров на базе 45-нм техпроцесса, составила $3 млрд[4].
По поводу эффектов, обусловленных законом Мура, в журнале «В мире науки» как-то было приведено такое интересное сравнение:
«Если бы авиапромышленность в последние 25 лет развивалась столь же стремительно, как промышленность средств вычислительной техники, то сейчас самолёт Boeing 767 стоил бы 500 долл. и совершал облёт земного шара за 20 минут, затрачивая при этом пять галлонов (~18,9 л) топлива. Приведенные цифры весьма точно отражают снижение стоимости, рост быстродействия и повышение экономичности ЭВМ».
В 2003 году Мур опубликовал работу «No Exponential is Forever: But „Forever“ Can Be Delayed!», в которой признал, что экспоненциальный рост физических величин в течение длительного времени невозможен, и постоянно достигаются те или иные пределы. Лишь эволюция транзисторов и технологий их изготовления позволяла продлить действие закона ещё на несколько поколений[6].
В 2007 году Мур заявил, что закон, очевидно, скоро перестанет действовать из-за атомарной природы вещества и ограничения скорости света[7].
Следствия и ограничения
Параллелизм и закон Мура
В последнее время, чтобы получить возможность задействовать на практике ту дополнительную вычислительную мощность, которую предсказывает закон Мура, стало необходимо задействовать параллельные вычисления. На протяжении многих лет производители процессоров постоянно увеличивали тактовую частоту и параллелизм на уровне инструкций, так что на новых процессорах старые однопоточные приложения исполнялись быстрее без каких-либо изменений в программном коде.[8] Примерно с середины десятилетия 2000-х годов по разным причинам производители процессоров предпочитают многоядерные архитектуры, и для получения всей выгоды от возросшей производительности ЦП программы должны переписываться в соответствующей манере. Однако не каждый алгоритм поддается распараллеливанию, определяя, таким образом, фундаментальный предел эффективности решения вычислительной задачи согласно закону Амдала.
См. также
Примечания
- ↑ 1 2 3 https://cacm.acm.org/magazines/2017/1/211094-exponential-laws-of-computing-growth/fulltext
- ↑ https://arstechnica.com/information-technology/2016/02/moores-law-really-is-dead-this-time/
- ↑ Родоначальник // Компьютерра-онлайн «Мур в 1965 вывел не один закон, а два. И как раз второй закон Мура является более серьёзным ограничением для первого.»
- ↑ Корпорация Intel ввела в строй первый завод для крупносерийного производства микропроцессоров на базе 45-нм производственного процесса Архивная копия от 21 августа 2008 на Wayback Machine
- ↑ Так же упоминается в книге: Майоров С. А., Кириллов В. В., Приблуда А. А. Введение в микроЭВМ. — Л.: Машиностроение, Ленингр. отд-ние, 1988. — С. 121. — с ил., 304 с. — 120 000 экз. — ISBN 5-217-00180-1.
- ↑ Moore, Gordon E. No Exponential is Forever: But “Forever” Can Be Delayed! (англ.). International Solid-State Circuits Conference (ISSCC) 2003 / SESSION 1 / PLENARY / 1.1 (2003). Проверено 3 января 2015.
- ↑ 10 лет до 10нм: закон Мура все ещё работает… // PCNews, 12.07.2008; Intel confident for 10nm and beyond 07/07/2008
- ↑ Herb Sutter, http://www.gotw.ca/publications/concurrency-ddj.htm The Free Lunch Is Over: A Fundamental Turn Toward Concurrency in Software], Dr. Dobb’s Journal, 30(3), March 2005
Литература
- More Moore. IEEE, 2016. Прогноз до 2030 года. (англ.)
Ссылки
Закон Мура достиг предела / Хабр
Примечание. Дата публикации статьи: 26.12.2015. За прошедшее время некоторые тезисы автора подтвердились реальными фактами, а некоторые оказались ошибочными — прим. пер.
В последние 40 лет мы видели, как скорость компьютеров росла экспоненциально. У сегодняшних CPU тактовая частота в тысячу раз выше, чем у первых персональных компьютеров в начале 1980-х. Объём оперативной памяти на компьютере вырос в десять тысяч раз, а ёмкость жёсткого диска увеличилась более чем в сто тысяч раз. Мы так привыкли к этому непрерывному росту, что почти считаем его законом природы и называем законом Мура. Но есть пределы этому росту, на которые указал и сам Гордон Мур. Мы сейчас приближаемся к физическому пределу, где скорость вычислений ограничена размером атома и скоростью света.
Канонические часы Тик-так от Intel начали пропускать такты то здесь, то там. Каждый «тик» соответствует уменьшению размера транзисторов, а каждый «так» — улучшение микроархитектуры. Нынешнее поколение процессоров под названием Skylake — это «так» с 14-нанометровым технологическим процессом. Логически, следующим должен стать «тик» с 10-нанометровым техпроцессом, но Intel теперь выдаёт «циклы обновления» после каждого «так». Следующий процессор, анонсированный на 2016 год, станет обновлением Skylake, всё ещё на 14-нанометровом техпроцессе. Замедление часов Тик-так — это физическая необходимость, потому что мы приближаемся к лимиту, где размер транзистора составляет всего несколько атомов (размер атома кремния — 0,2 нанометра).
Другое физическое ограничение — это скорость передачи данных, которая не может превышать скорость света. Требуется несколько тактовых циклов, чтобы данные попали из одного конца CPU в другой конец. По мере того как микросхемы становятся крупнее с большим и большим количеством транзисторов, скорость начинает ограничиваться самой передачей данных на микросхеме.
Технологические ограничения — не единственная вещь, которая замедляет эволюцию процессоров. Другим фактором является ослабление рыночной конкуренции. Крупнейший конкурент Intel, компания AMD, сейчас больше внимания уделяет тому, что она называет APU (Accelerated Processing Units), то есть процессорам меньшего размера с интегрированной графикой для мини-ПК, планшетов и других ультра-мобильных устройств. Intel теперь завладела подавляющей долей рынка процессоров для высококлассных ПК и серверов. Свирепая конкуренция между Intel и AMD, которая несколько десятилетий толкала вперёд развитие процессоров x86, практически исчезла.
Рост компьютерной мощи в последние годы идёт не столько от увеличения скорости вычислений, сколько от усиления параллелизма. В современных микропроцессорах используется три типа параллелизма:
- Одновременное выполнение нескольких команд с изменением их очерёдности.
- Операции Single-Operation-Multiple-Data (SIMD) в векторных регистрах.
- Несколько ядер CPU на одной микросхеме.
У этих типов параллелизма нет теоретических лимитов, но есть реальные практические. Выполнение команд с изменением их очерёдности ограничено количеством независимых команд в программном коде. Вы не можете одновременно выполнить две команды, если вторая команда ждёт результат выполнения первой. Нынешние CPU обычно могут одновременно выполнять четыре команды. Увеличение этого количества не принесёт много пользы, потому что процессору будет сложно или невозможно найти в коде больше независимых команд, которые можно выполнить одновременно.
В нынешних процессорах с набором инструкций AVX2 есть 16 векторных регистров по 256 бит. Грядущий набор инструкций AVX-512 даст нам 32 регистра по 512 бит, и вполне можно ожидать в будущем расширения на 1024- или 2048-битные векторы. Но эти увеличения векторных регистров будут давать всё меньший эффект. Немногие вычислительные задачи имеют достаточный встроенный параллелизм, чтобы извлечь выгоду из этих векторов большего размера. 512-битные векторные регистры соединяются набором регистров маски, у которых ограничение на размер 64 бита. 2048-битные векторные регистры смогут хранить 64 числа одинарной точности по 32 бита каждое. Можно предположить, что Intel не планирует делать векторные регистры более чем 2048 бита, поскольку они превзойдут ограничения 64-битных регистров маски.
Многочисленные ядра CPU дают преимущество только если имеется множество критических к скорости одновременно работающих программ или если задача делится на многочисленные независимые потоки. Количество потоков, на которые можно с выгодой разделить задачу, всегда ограничено.
Производители без сомнения постараются делать всё более и более мощные компьютеры, но какова вероятность, что эту компьютерная мощь можно будет использовать на практике?
Существует четвёртая возможность параллелизма, которая пока не используется. В программах обычно полно веток if-else, так что если CPU научатся предсказывать, какая из веток сработает, то можно было бы поставить её на выполнение. Можно выполнять одновременно сразу несколько веток кода, чтобы избежать потери времени, если предсказание окажется неправильным. Конечно, за это придётся заплатить повышенным энергопотреблением.
Другое возможное улучшение — разместить программируемое логическое устройство на микросхеме процессора. Подобная комбинация сейчас является обычным делом для так называемых FPGA, которые используются в продвинутой аппаратуре. Такие программируемые логические устройства в персональных компьютерах можно использовать для реализации функций, специфических для конкретных приложений, для задач вроде обработки изображений, шифрования, сжатия данных и нейросетей.
Полупроводниковая индустрия экспериментирует с материалами, которые можно использовать вместо кремния. Некоторые полупроводниковые материалы III-V способны работать на более низком напряжении и на более высоких частотах, чем кремний, но они не делают атомы меньше или свет медленнее. Физические ограничения по-прежнему в силе.
Когда-нибудь мы можем увидеть трёхмерные многослойные чипы. Это позволит уплотнить схемы, уменьшить расстояния, а следовательно, и задержки. Но как эффективно охлаждать такой чип, когда энергия распространяется повсюду внутри него? Потребуются новые технологии охлаждения. Микросхема не сможет передавать питание на все схемы одновременно без перегрева. Ей придётся держать отключенными большинство своих частей основную часть времени и подавать питание в каждую часть только во время её использования.
В последние годы скорость CPU увеличивается быстрее, чем скорость RAM, которая часто становится серьёзным узким местом. Без сомнения, в будущем мы увидим много попыток увеличить скорость оперативной памяти. Вероятной разработкой будет поместить оперативную память на одну микросхему с CPU (или хотя бы в один корпус), чтобы уменьшить расстояние для передачи данных. Это будет полезное использование трёхмерных чипов. Вероятно, RAM будет статического типа, то есть на каждую ячейку памяти будет подаваться питание только когда к ней осуществляется доступ.
Intel также снабжает рынок суперкомпьютеров для научного использования. У процессора Knight’s Corner — до 61 ядра на одной микросхеме. Он имеет слабое соотношение производительность/цена, но его ожидаемый наследник Knight’s Landing должен быть лучше по этому показателю. Он вместит до 72 ядер на чипе и сможет выполнять команды с изменением их очерёдности. Это маленький нишевый рынок, но Intel может повысить свой авторитет.
Сейчас лучшие возможности по улучшению производительности, как я думаю, с программной стороны. Разработчики ПО быстро нашли применение экспоненциальному росту производительности современных компьютеров, который произошёл благодаря закону Мура. Программная индустрия стала использовать её, а также начала использовать более и более продвинутые инструменты разработки и программные фреймворки. Эти высокоуровневые инструменты разработки и фреймворки сделали возможным ускорить разработку ПО, но за счёт потребления большего количества вычислительных ресурсов конечным продуктом. Многие из сегодняшних программ довольно расточительны в своём чрезмерном потреблении аппаратной вычислительной мощности.
На протяжении многих лет мы наблюдали симбиоз между аппаратной и программной индустриями, где последняя производила всё более продвинутые и ресурсоёмкие продукты, которые подталкивали пользователей покупать всё более мощное оборудование. Поскольку скорость роста аппаратных технологий замедлилась, а пользователи перешли на маленькие портативные устройства, где ёмкость батареи важнее, чем производительность, программной индустрии теперь придётся изменить курс. Ей придётся урезать ресурсоёмкие инструменты разработки и многоуровневый софт и разрабатывать программы, не так набитые функциями. Сроки разработки увеличатся, но программы станут потреблять меньше аппаратных ресурсов и быстрее работать на маленьких портативных устройствах с ограниченным ресурсом батареи. Если индустрия коммерческого ПО сейчас не изменит курс, то может уступить долю рынка более аскетичным продуктам open source.
50 лет закону Мура — Ferra.ru
Именно поэтому он очень часто применяется ко всему рынку компьютерной электроники. Калькуляторы, компьютеры, ноутбуки, мобильные телефоны, коммуникаторы, смартфоны, планшеты, носимая электроника появились тогда, когда и должны были появиться. Именно поэтому очень часто разработки, опережающие свое время, приходится на время (на время ли?) прикрывать. Например, Google Glass. Чем ближе предел возможностей полупроводников, чем меньше остается властвовать закону Мура, тем чаще мы будем видеть такие «плохие концовки». До тех пор, пока не появится новый смельчак, который совершит еще одну технологическую революцию!
Вместо заключения
Очевидно, что рано или поздно закон Мура перестанет действовать. Ученые, реализуя свои современные технологии, «упрутся» в возможности материалов. Сейчас на рынке присутствуют процессоры, выполненные согласно 14-нанометровому техпроцессу. Однако известно, что ведутся разработки 10-нм и даже 7-нм решений. А что будет дальше? В 2002 году в рамках все той же выставки IDF Патрик Гелсингер как-то разоткровенничался: «В 1980 году, когда я пришел в Intel, мы ломали голову над тем, как достичь технологической нормы производства микропроцессоров в один микрометр. В девяностые годы перед нами встала задача внедрить технологическую норму в одну десятую микрона. Она казалась нам недостижимой. Сегодня же мы думаем о том, как преодолеть барьер в одну сотую микрона. Могу пообещать вам, что до моей пенсии, то есть в течение еще 25 лет, закон Мура будет действовать. Уверен, что еще не одно десятилетие он будет руководящим принципом развития отрасли». А ведь 10 нм — это всего лишь 50 атомов кремния! Интересно, будем ли мы отмечать 60-летие, а, может, даже 70-летие закона Мура?
Вот такое оно, правило, придуманное одним человеком, но над которым и по сей день трудятся тысячи смельчаков. Такое простое, но в то же время жесткое и беспощадное.
P.S. Прогнозировалось, что к 2015 Intel реализует приблизительно 1200 триллионов транзисторов. Всего же на момент существования технологии, по некоторым подсчетам, было выпущено порядка 2,9 секстиллионов транзисторов!
Закон Мура
Закон Мура
Закон Мура — компьютерный термин, появившийся примерно в 1970 году; в упрощенной версии этого закона говорится, что скорость процессора или общая вычислительная мощность компьютеров будет удваиваться каждые два года. Быстрая проверка среди технических специалистов в различных компьютерных компаниях показывает, что этот термин не очень популярен, но это правило все еще применяется.
Чтобы еще больше нарушить закон, в нем конкретно указано, что количество транзисторов в доступном процессоре будет удваиваться каждые два года (что, по сути, то же самое, что было заявлено ранее), но «больше транзисторов» более точно.
ЦП
Если вы посмотрите на скорость процессора с 1970-х по 2009 год, а затем снова в 2010, можно подумать, что закон достиг своего предела или приближается к пределу. В 1970-х частота процессора колебалась от 740 кГц до 8 МГц; обратите внимание, что 740 — это кГц, что соответствует килогерцам, а 8 — это МГц, что соответствует мегагерцам.
С 2000 по 2009 год не было особой разницы в скорости, поскольку диапазон скоростей составлял от 1,3 ГГц до 2,8 ГГц, что говорит о том, что скорости едва удвоились за 10 лет.Это потому, что мы смотрим на скорости, а не на количество транзисторов; в 2000 году количество транзисторов в ЦП составляло 37,5 миллиона, а в 2009 году число возросло до 904 миллиона; вот почему закон точнее применять к транзисторам, чем к скорости.
При всем этом разговоре о транзисторах средний техник или пользователь компьютера может не понять, что означают цифры; Более простой способ объяснить, что более ранние процессоры на рынке имели один рейтинг скорости или частоты, в то время как более новые модели имеют рейтинг, который относится к более чем одному процессору.
Гордон Э. Мур
Если вы недавно приобрели компьютер, вы, возможно, имеете представление о том, что это значит, поскольку продавцы могли продать вам чудеса многоядерных процессоров. В приведенном выше примере скорости за большое количество лет колебались между 1,3 и 2,8, что едва ли вдвое больше, но следует иметь в виду, что 2,8 — это QUAD CORE, а 1,3 — одиночное CORE. Это означает, что реальная мощность 2,8 будет найдена, если вы умножите на четыре, что даст вам колоссальные 11.2, что сильно отличается от 1.3.
Из-за быстрых темпов развития технологий в последние несколько лет большинство компьютерных техников, с которыми вы разговариваете, независимо от того, слышали они о законе Мура или нет, скажут вам, что скорость процессора удваивается каждый год. Хотя закон Мура гласил, что каждые два года этот быстрый рост технологического производства сократил период времени в сознании технических специалистов и пользователей.
Существующее ограничение состоит в том, что, как только транзисторы могут быть размером с атомные частицы, на рынке ЦП больше не будет места для роста, если речь идет о скоростях.
.
закон Мура | информатика
Закон Мура , предсказание американского инженера Гордона Мура в 1965 году о том, что количество транзисторов на кремниевый чип ежегодно удваивается.
Закон Мура Закон Мура. Гордон Э. Мур заметил, что количество транзисторов в компьютерной микросхеме удваивается примерно каждые 18–24 месяца. Как показано на логарифмическом графике количества транзисторов в процессорах Intel на момент их внедрения, его «закон» соблюдался. Британская энциклопедия, Inc.
Британская викторина
Компьютеры и технологии: Викторина
Какая из этих игровых консолей была выпущена в 1994 году?
В специальном выпуске журнала Electronics Мура попросили предсказать развитие событий в течение следующего десятилетия.Заметив, что общее количество компонентов в этих схемах примерно удваивается каждый год, он беспечно экстраполировал это ежегодное удвоение на следующее десятилетие, оценив, что микросхемы 1975 года будут содержать поразительные 65 000 компонентов на кристалл. В 1975 году, когда темпы роста стали замедляться, Мур пересмотрел свои временные рамки до двух лет. Его пересмотренный закон был немного пессимистичным; Примерно за 50 лет, начиная с 1961 года, количество транзисторов удваивалось примерно каждые 18 месяцев. Впоследствии журналы регулярно ссылались на закон Мура, как на неумолимый, — технологический закон с уверенностью в законах движения Ньютона.
Этот резкий взрыв сложности схем стал возможным благодаря неуклонному уменьшению размеров транзисторов на протяжении десятилетий. Измеренные в миллиметрах в конце 1940-х годов, размеры типичного транзистора в начале 2010-х годов чаще выражались в десятках нанометров (нанометр составлял одну миллиардную часть метра) — коэффициент уменьшения более 100000. Характеристики транзисторов размером менее микрона (микрометра или одной миллионной метра) были достигнуты в 1980-х годах, когда микросхемы динамической оперативной памяти (DRAM) начали предлагать мегабайты для хранения.На заре 21-го века эти характеристики приблизились к 0,1 микрону в поперечнике, что позволило производить гигабайтные микросхемы памяти и микропроцессоры, работающие на гигагерцовых частотах. Закон Мура продолжился во втором десятилетии 21 века с появлением трехмерных транзисторов размером в десятки нанометров.
.
Конец закона Мура
В 1965 году Гордон Мур предположил, что количество транзисторов на кремниевом кристалле будет ежегодно удваиваться. Закон Мура, как он теперь известен, оказался пророческим в отношении экспоненциального роста вычислительной мощности, сделавшего возможной большую часть современного мира.
Примерно с 2010 года, однако, закон Мура начал нарушаться, и многие сегодня задаются вопросом, подходит ли к концу наш век беспрецедентного роста.
Маленький транзистор
Источник: Nonist
Гордон Мур — соучредитель корпорации Intel и один из людей, ответственных за век компьютеров.
Его работа с кремниевым транзистором началась в 1956 году, когда он пошел работать на изобретателя транзистора Уильяма Шокли, и с тех пор он неотделим от транзистора.
Транзистор создает, усиливает и направляет электрический сигнал, используя три вывода: исток, затвор и сток.
Когда напряжение подается на вывод затвора, входящий ток на выводе истока может пройти через вывод стока. Снимите напряжение с вывода затвора, и ток не сможет пройти.
Это дает способ вычисления логических значений, 1 и 0 в компьютерных терминах, в зависимости от того, приложено ли напряжение к затвору и истокам.
Соедините вывод стока транзистора с выводом истока или выводом затвора другого транзистора, и внезапно вы можете начать создавать невероятно сложные логические системы.
Источник: Goran Ivos / Unsplash
Подобная нейрону человеческого мозга, эта сеть транзисторов отвечает за функционирование почти всех современных устройств, от цифрового будильника до суперкомпьютера.
И чем больше транзисторов вы поместите в микросхему, тем более мощной в вычислительном отношении станет эта сеть.
Итак, когда Мура попросили представить в журнал Electronics статью, предсказывающую будущее технологий, он проанализировал данные о производстве кремниевых чипов Fairchild.
Он обнаружил, что количество транзисторов на кремниевом кристалле удваивается каждый год, и предположил в своей статье в Electronics , что этот темп роста будет продолжаться, а затем пересмотрел его до более консервативного удвоения каждые 2 года в 1975 году.
Хотя закон Мура не является законом в математическом смысле, он подтверждает: примерно каждые 18 месяцев размер транзистора будет вдвое меньше, чем у текущего транзистора.
Это означало, что в микросхему можно было поместить больше транзисторов, что привело к экспоненциальному росту вычислительной мощности в течение следующих 40 лет.
Почему нарушается закон Мура?
Источник: Intel, через FoxBusiness
Есть три основных фактора, способствующих замедлению темпов роста мощности процессора, и все они взаимосвязаны.
Во-первых, у вас утечка электричества. На протяжении десятилетий, когда транзисторы становились меньше, они становились более энергоэффективными.
Теперь, однако, они стали такими маленькими, как 10 нанометров, что канал, по которому проходит электрический ток через транзистор, не всегда может его вместить.
При этом выделяется тепло, которое может быстрее изнашивать транзисторы, делая их еще более подверженными утечкам.
Тепло не ограничивается одним транзистором.
Утечки миллиардов транзисторов могут серьезно угрожать целостности всего чипа, поэтому процессор должен уменьшить количество потребляемого напряжения или уменьшить количество используемых транзисторов, чтобы предотвратить перегрев, ограничивая вычислительную мощность чипа.
Источник: reynermedia / flickr
Наконец, третий удар по закону Мура: экономика.
Когда количество транзисторов удваивается, увеличивается и количество тепла, которое они могут генерировать. Стоимость охлаждения больших серверных комнат становится все более и более несостоятельной для многих предприятий, которые являются крупнейшими покупателями самых передовых процессоров.
По мере того, как предприятия пытаются продлить срок службы и производительность своего текущего оборудования, чтобы сэкономить деньги, производители микросхем, отвечающие за соблюдение закона Мура, приносят меньше доходов, которые направляются на НИОКР, что само по себе становится все дороже.
Без этой дополнительной прибыли становится намного труднее преодолеть все физические препятствия на пути к еще большему уменьшению размеров транзисторов.
Итак, закон Мура может быть отменен не физическими проблемами, а просто отсутствием спроса на меньшие транзисторы.
Прогресс другими средствами
Источник: Intel, через FuturaTech
Изготовители микросхем и производители знали об этой проблеме, брошенной закону Мура, по крайней мере, десять лет.
Таким образом, они находили способы продолжить рост вычислительной мощности без необходимости полагаться исключительно на меньшие транзисторы каждые два года.
Были усовершенствованы альтернативные модели транзисторов, которые показали себя многообещающими.
Модели как многозатворных, так и трехзатворных транзисторов предлагают способы расширить на время закон Мура и уже используются во многих электронных устройствах.
Но все, что они могут сделать, это продлить срок действия закона Мура.
Источник: jeuxvideo.com
Одним из первых и наиболее эффективных подходов к решению этой проблемы было внедрение многопроцессорных и многоядерных архитектур.
Если вам требуется больше мощности от микросхемы, которая исчерпала свои возможности, используйте две или более микросхемы вместо одной, и вы можете продолжать увеличивать свою вычислительную мощность, хотя и с более высокими затратами на энергопотребление.
В многоядерных системах тем временем используется конструкция процессора, которая включает несколько ядер исполнения в одном процессоре.
Каждое ядро менее мощное, чем одноядерная конструкция предыдущего поколения, но несколько микросхем меньшего размера можно использовать более одновременно и эффективно, что дает эффективное увеличение вычислительной мощности.
Закон Мура мертв. Да здравствует закон Мура!
Источник: Pixabay
Конец закона Мура, каким мы его знаем, всегда был неизбежен. Существует физический предел тому, что может поместиться на кремниевом чипе, когда вы начинаете работать с нанометрами.
Если вы станете еще меньше, вы начнете иметь дело с субатомными частицами, что сразу же перенесет вас в сферу квантовых вычислений, к которой мы уже и движемся.
Однажды, однако, после того, как транзистор застрянет на трех атомах и электроне, кто-нибудь заметит, что вычислительная мощность новых форм транзисторов быстро увеличивается.
Молекулярные, ДНК или спинтронные транзисторы, по всей видимости, возобновят работу там, где остановился кремний, и закон Мура будет отменен, пока квантовые вычисления не сделают обсуждения ограничений неуместными.
В конечном счете, это связано не столько с транзисторами, сколько с нами как обществом. Наши надежды и ожидания прогресса не закончатся с выпуском последнего поколения кремниевых транзисторов, потому что мы этого не позволим.
Мы найдем способ вернуть закон Мура для всего, что будет после, просто потому, что мы хотим, чтобы он был правдой.
.
строковый поиск — понимание алгоритма Бойера Мура и пример?
Переполнение стека
- Около
Продукты
- Для команд
Переполнение стека
Общественные вопросы и ответыПереполнение стека для команд
Где разработчики и технологи делятся частными знаниями с коллегамиВакансии
Программирование и связанные с ним технические возможности карьерного ростаТалант
Нанимайте технических специалистов и создавайте свой бренд работодателяРеклама
Обратитесь к разработчикам и технологам со всего мира- О компании
.