Windows

Phá vỡ định luật Moore: Làm thế nào các nhà sản xuất chip đẩy máy tính để phồng rộp những cấp độ mới

Sau vụ bà Hồ Thị Kim Thoa: Ngăn chặn quan chức bị kỷ luật bỏ trốn thế nào? | VTC1

Sau vụ bà Hồ Thị Kim Thoa: Ngăn chặn quan chức bị kỷ luật bỏ trốn thế nào? | VTC1

Mục lục:

Anonim

Không có hai cách xung quanh nó: PC đang chậm lại theo độ tuổi.

Điều đó có thể hơi khắc nghiệt - nhanh hơn và nhỏ hơn bao giờ hết nhưng hiệu suất của bộ vi xử lý đơn giản là không tăng tốc với tốc độ chóng mặt của nó. Tại một thời điểm, 50 đến 60 phần trăm nhảy trong hoạt động hàng năm là phổ biến. Bây giờ, 10 đến 15 phần trăm cải tiến là chuẩn mực.

May mắn thay, các máy tính 5 tuổi vẫn có thể giải quyết các công việc hàng ngày tốt, vì vậy hiệu năng làm chậm không phải là một vấn đề lớn. Thêm vào đó, thật tuyệt khi không phải thay thế PC của bạn mỗi năm trong một nền kinh tế suy thoái. Nhưng công nghệ không tiến tới bằng cách gắn bó với hiện trạng. Tương lai cần tốc độ !

"Tôi không nghĩ có bất kỳ ifs hoặc buts về điều này. Kiến trúc không đồng nhất là con đường của tương lai."

May thay, tên tuổi lớn nhất trong bộ xử lý PC không hài lòng với nguyên trạng. Các nhà sản xuất chip đang làm việc một cách giận dữ để giải quyết các vấn đề đặt ra bởi Luật Moore chậm và sự gia tăng của bức tường quyền lực, trong một nỗ lực để giữ bàn đạp hiệu suất với kim loại. ? Một số loại khác nhau, thực sự và mỗi loại có tiềm năng lớn cho tương lai. Chúng ta hãy nhìn phía sau bức màn.

Intel: Xây dựng trên vai những người khổng lồ

Wikipedia / Wikimedia CommonsChip transistor trong suốt những năm qua. (Nhấn vào đây để mở rộng.)

Chúng ta có thể vạch ra hiệu suất của ngày hôm nay để đạt được sự sụp đổ trong Định luật Moore không? Không hẳn. Dòng huyền thoại của Moore có thể thường xuyên bị đánh giá sai khi nói về hiệu suất của CPU, nhưng lá thư của Luật xoay quanh số lượng bóng bán dẫn trên một mạch tăng gấp đôi sau mỗi hai năm. trên một con chip, Intel - công ty Moore tự đồng sáng lập - đã theo kịp với Định luật Moore kể từ khi được phát biểu, một thành tích có thể được đặt dưới chân đội ngũ kỹ sư nhỏ của Intel. Tuy nhiên, không phải bất kỳ kỹ sư nào.

Các kỹ sư

thông minh. Khi các bóng bán dẫn trở nên chặt chẽ hơn, các mối quan tâm về nhiệt và năng lượng trở thành vấn đề lớn. Bây giờ các bóng bán dẫn đang đạt tới các kích thước nhỏ vô cùng nhỏ - mỗi bóng bán dẫn tỷ tỷ trong các chip Ivy Bridge của Intel đo 22 nanomet (nm), hay xấp xỉ 0,000000866 inch để chinh phục những tai họa đó có suy nghĩ sáng tạo. khó khăn, "giám đốc sản xuất kỹ thuật của Intel Chuck Mulloy cho biết trong một cuộc phỏng vấn qua điện thoại. "Thực sự, thực sự

rất khó. Ý tôi là, chúng ta đang ở cấp độ nguyên tử."

Để tiếp tục tiến bộ ', Intel đã thực hiện một số thay đổi đáng kể cho thiết kế cơ sở của bóng bán dẫn trong quá khứ thập kỷ. Năm 2002, công ty đã thông báo rằng họ đang chuyển sang cái gọi là "silicon căng thẳng", giúp tăng hiệu suất của chip lên 10 đến 20% bằng cách làm biến dạng cấu trúc tinh thể silicon một cách nhẹ nhàng. Cụ thể, khi các bóng bán dẫn tiếp tục co lại, chúng bị điện tử tăng lên "rò rỉ", khiến chúng trở nên kém hiệu quả hơn nhiều. Nếu không quá geeky, công ty bắt đầu bằng cách trao đổi chất cách điện silicon dioxide của bóng bán dẫn có lợi cho các chất cách điện "high-k metal-gate" hiệu quả hơn trong quá trình chuyển đổi sang Quy trình sản xuất 45nm. Nghe có vẻ đơn giản, nhưng nó thực sự là một vấn đề lớn. Tiếp theo đó là một sự thay đổi hoành tráng hơn, với sự ra đời của công nghệ bán dẫn "ba cổng" hoặc "3D" trong chip Ivy Bridge hiện tại của Intel. Hình ảnh IntelAn so sánh dòng electron thông qua planar (trái) và tri- cổng (phải) bóng bán dẫn. Các electron trong bóng bán dẫn ba cửa chảy trên mặt phẳng thẳng đứng, so với dòng phẳng của bóng bán dẫn phẳng truyền thống.

Các bóng bán dẫn "phẳng" truyền thống có một cặp "cổng" ở hai bên của các kênh mang điện tử. Các bóng bán dẫn của cổng thông tin đã làm tan vỡ suy nghĩ hai chiều đó bằng việc bổ sung một cổng thứ ba

trên

kênh, nối hai cổng bên. Thiết kế cải thiện hiệu quả bằng cách giảm rò rỉ trong khi giảm nhu cầu điện năng. Một lần nữa, nó có vẻ đơn giản, nhưng sản xuất bóng bán dẫn ba chiều đòi hỏi độ chính xác kỹ thuật

to lớn

. Hiện tại, Intel là nhà sản xuất bộ vi xử lý vận chuyển chip duy nhất với các bóng bán dẫn 3D. Vậy điều gì tiếp theo cho Intel? Công ty không nói. Trong thực tế, Mulloy nói rằng bất kỳ công nghệ nào mà công ty có thể sử dụng, nói rằng quá trình chế tạo in thạch bản cực tím thế hệ tiếp theo sẽ đi vào một lỗ đen "PR" trước khi Intel giới thiệu nó trong các chip của nó. Nhưng, ông nhấn mạnh, những cải tiến trong quá khứ đã thảo luận ở trên không chỉ dừng lại khi chúng được giới thiệu cho công chúng. "Mọi người có xu hướng nghĩ rằng" Intel đã sử dụng điều này, bây giờ họ đang tiếp tục, "Mulloy nói. "Silicon căng thẳng không biến mất khi chúng tôi bổ sung thêm khả năng của cổng kim loại high-k. Cổng kim loại cao k không biến mất khi chúng tôi đi đến các bóng bán dẫn ba cổng - chúng tôi vẫn đang xây dựng và cải thiện điều đó. Chúng tôi ' tại thế hệ thứ tư của silicon căng thẳng, thế hệ thứ ba của cổng kim loại high-k, và chip 14nm sắp tới của chúng ta sẽ là thế hệ thứ hai của tri-gate. "

Công nghệ chip tốt nhất hiện có chỉ tiếp tục trở nên tốt hơn, Nói cách khác. Ôi, và cho những gì đáng giá, Intel nghĩ Định luật Moore sẽ tiếp tục không suy giảm cho ít nhất

hai thế hệ thu nhỏ bóng bán dẫn.

AMD: Tính toán song song theo cách

Tuy nhiên, Intel không phải là nhà sản xuất chip duy nhất trong thị trấn. Thay vì đặt cược hoàn toàn vào những cải tiến đối với công nghệ bóng bán dẫn, AMD cho rằng tương lai của việc thực hiện bản lề trong việc cắt giảm một số CPU bằng cách chuyển một số khối lượng công việc sang các bộ vi xử lý khác có thể phù hợp hơn cho các nhiệm vụ cụ thể. Các bộ vi xử lý đồ họa, ví dụ, khói thông qua các nhiệm vụ đòi hỏi vô số các tính toán đồng thời, chẳng hạn như nứt mật khẩu, khai thác Bitcoin và nhiều ứng dụng khoa học.

Đã từng nghe về tính toán song song chưa? Đó là những gì chúng ta đang nói đến.

AMD Thiết kế AMD APU được xây dựng theo tiêu chuẩn HSA. "Đi vào các nút nhỏ hơn ở phía tranzito sẽ tăng hiệu suất [CPU] từ 6 đến 8 tới có thể

10%, hàng năm, ”Sasa Marinkovic, một nhà sản xuất tiếp thị công nghệ cao cấp của AMD cho biết. "Nhưng việc thêm GPU với khả năng tính toán của GPU mang lại nhiều lợi ích lớn hơn. Ví dụ, đối với Internet Explorer 8 tới IE9, hiệu suất tăng lên 400% -

bốn lần

hiệu suất của thế hệ trước, và tất cả là nhờ Tăng tốc GPU của [IE9] " " Chúng tôi thấy loại nhảy hiệu suất trong phong bì điện ngày nay, hoặc bạn có thể hạ thấp phong bì quyền lực và xem hiệu suất tương tự [hôm nay bạn có], "Marinkovic nói. AMD đã hướng tới một kiến ​​trúc hệ thống không đồng nhất - như phương pháp phân phối khối lượng công việc giữa các bộ vi xử lý trên một chip đơn được gọi là trong các đơn vị xử lý tăng tốc phổ biến của nó, hoặc APU, bao gồm cả công cụ hỗ trợ giao diện điều khiển PlayStation 4 sắp tới. APU chứa lõi CPU truyền thống và lõi đồ họa Radeon lớn trên cùng một khuôn, như được thể hiện trong sơ đồ khối ở trên. CPU và GPU trong các thế hệ kế tiếp của AMD, Kaveri APU sẽ chia sẻ cùng một nhóm bộ nhớ, làm mờ các đường dây hơn nữa và cung cấp hiệu suất nhanh hơn. AMD không phải là hãng sản xuất chip duy nhất ủng hộ ý tưởng về tính toán song song. Công ty là một thành viên sáng lập của HSA Foundation, một tập đoàn của các nhà sản xuất chip hàng đầu - mặc dù sans Intel và Nvidia đang hợp tác với nhau để tạo ra các tiêu chuẩn mà hy vọng làm cho lập trình cho máy tính song song dễ dàng hơn trong tương lai.

Điều tốt là các công ty dẫn đầu ngành cung cấp xương sống của tầm nhìn của Quỹ HSA, bởi vì để có được tương lai không đồng nhất lớn về tính toán song song để kết quả, các chương trình và ứng dụng cần phải được ghi cụ thể để tận dụng lợi thế của thiết kế phần cứng.

HSA Foundation

"Phần mềm là chìa khóa", Marinkovic thừa nhận. "Khi bạn nhìn vào các APU với [đầy đủ HSA tương thích] và không có HSA đầy đủ, phần mềm sẽ phải thay đổi. Nhưng nó sẽ là một sự thay đổi cho tốt hơn … Nơi chúng tôi muốn đến là mã một lần và sử dụng ở mọi nơi. bạn có kiến ​​trúc HSA trên tất cả các công ty HSA Foundation khác nhau, hy vọng bạn có thể viết chương trình cho PC và chạy nó trên điện thoại thông minh hoặc máy tính bảng của bạn với một số chỉnh sửa hoặc biên dịch nhỏ. " Bạn đã có thể tìm thấy ứng dụng các giao diện xử lý (API) cho phép tính toán GPU song song, chẳng hạn như nền tảng CUDA của GeForce-centric của Nvidia, API DirectCompute được đưa vào DirectX 11 trên hệ thống Windows và OpenCL, một giải pháp mã nguồn mở do Nhóm Khronos quản lý. tăng tốc phần cứng được chọn giữa các nhà phát triển phần mềm, mặc dù hầu hết các chương trình xử lý đồ họa chuyên sâu theo một cách nào đó. Ví dụ, Internet Explorer và Flash có trên băng thông. Mới tuần trước, Adobe tuyên bố đã bổ sung hỗ trợ OpenCL cho phiên bản Windows của Premiere Pro. Theo đại diện, người dùng có card đồ họa rời hoặc APU sẽ có thể chạm vào khả năng tăng tốc GPU đó để chỉnh sửa video HD và 4K trong thời gian thực hoặc xuất video nhanh hơn đến 4,3 lần so với phần mềm không được tăng tốc cơ sở. "I không nghĩ rằng có bất kỳ ifs hoặc buts về điều này, "Marinkovic nói. "Kiến trúc không đồng nhất

con đường của tương lai."

OPEL: Quá lâu, silicon, xin chào, gallium arsenide!

Nhưng tương lai dựa trên công nghệ silicon, như điện toán ngày nay?

Chắc chắn, trong ngắn hạn. Chắc chắn là không, về lâu dài. Đôi khi trong các chuyên gia tương lai không biết chính xác khi nào silicon sẽ đạt đến giới hạn của nó và đơn giản là sẽ không thể đẩy thêm nữa. Các nhà sản xuất chip sẽ phải chuyển sang vật liệu khác.

MIT Quan điểm của một bóng bán dẫn indium gallium arsenide được các nhà nghiên cứu MIT chế tạo. Ngày hôm đó là một chặng đường dài, nhưng các nhà nghiên cứu đã khám phá các lựa chọn thay thế. Bộ vi xử lý graphene nhận được rất nhiều hype như là một người kế nhiệm silicon tiềm năng, nhưng OPEL Technologies cho rằng tương lai nằm trong gallium arsenide. OPEL đã điều chỉnh công nghệ gallium arsenide ở trung tâm của nền tảng POET (Planar Opto Electronic Technology) trong hơn 20 năm, và công ty đã làm việc với BAE và Bộ Quốc phòng Hoa Kỳ (trong số những người khác) để xác nhận nó. Trong khi quá trình xử lý trước đó vào gallium arsenide đã kết thúc trong sự thất vọng nhẹ, các đại diện của OPEL cho biết công nghệ độc quyền của họ đã sẵn sàng trong thời gian lớn.

OPEL chỉ mới ra khỏi giai đoạn R & D và không cố gắng tạo ra các bóng bán dẫn bitty tại Ivy Bridge Kích thước 20nm, nhưng công ty tuyên bố rằng ở 800nm, bộ xử lý arsenua gallium nhanh hơn silic ngày nay

sử dụng khoảng một nửa điện áp.

"Nếu bạn muốn phù hợp với tốc độ của bộ vi xử lý silicon ngày nay, khoảng một tỷ lệ đồng hồ 3GHz, bạn sẽ không phải đi tất cả các con đường xuống đến 20 hoặc 30 nanomet, "nhà khoa học trưởng OPEL Tiến sĩ Geoffrey Taylor nói. "Heck, bạn có thể đánh trúng nó ở 200nm." Và đó là sử dụng công nghệ phẳng,

không

bóng bán dẫn 3D.

Một trong những vấn đề lớn nhất của silicon là silicon là công nghệ tiên tiến nhất trên thế giới. hiệu quả tối đa. Sẽ rất khó để thuyết phục Intel, AMD, ARM và Quỹ HSA bỏ tất cả những thứ đó cho một vật liệu mới. OPEL cho biết công nghệ của nó có sự chồng chéo lớn với các phương pháp chế tạo silicon hiện tại. "Nó có khả năng mở rộng, và nó có khả năng thay đổi CMOS", giám đốc điều hành Peter Copetti cho biết. "Điều đó rất quan trọng. Trong các cuộc thảo luận của chúng tôi với các xưởng đúc và công ty bán dẫn khác nhau, điều đầu tiên họ hỏi là 'Tôi có phải trang bị lại cơ sở của mình không?' Đầu tư ở đây là tối thiểu bởi vì hệ thống của chúng tôi bổ sung cho những gì hiện có ngay bây giờ. " OPEL cũng nói rằng các tấm wafer của nó có thể tái sử dụng. Cơ quan vũ trụ châu Âu Cơ quan không gian châu Âu phòng sạch để chế tạo chip.

Lộ trình công nghệ quốc tế về chất bán dẫn đã xác định gallium arsenide là một sự thay thế silicon tiềm năng vào khoảng thời gian từ năm 2018 đến năm 2026. Hiện vẫn còn rất nhiều thử nghiệm và chuyển đổi trước khi gallium arsenide bắt bất kỳ thị trường bộ xử lý PC chính thống nào, nhưng nếu ngay cả một phần nhỏ các tuyên bố của OPEL cũng đúng, công nghệ của nó có thể cung cấp năng lượng cho các bộ vi xử lý trong tương lai.

Ít nhất là cho đến khi chúng ta phá vỡ các bóng bán dẫn phân tử hoặc điện toán lượng tử. Nhưng đó là một bài báo toàn diện…

Đang hướng tới một ngày mai nóng chảy mặt

Vì vậy, sau tất cả những điều đó - bạn có một ý tưởng tốt hơn về tương lai của hiệu suất PC đang hướng đến đâu. Các sáng kiến ​​từ Intel, AMD và OPEL từng giải quyết các vấn đề lớn theo những cách thức khác nhau, nhưng đó là một điều tốt. Bạn không muốn tất cả các quả trứng tiềm năng của bạn trong một giỏ duy nhất, sau khi tất cả.

Và tốt nhất, nếu tất cả những phần khác nhau của trò chơi hiệu suất PC chứng minh thành công, chúng có thể về mặt lý thuyết hợp nhất Thời trang giống như Voltron để tạo ra một bộ xử lý gali gallium arsenide hỗ trợ GPU mạnh mẽ, hỗ trợ GPU, có thể thổi bay chiếc quần ra khỏi bộ vi xử lý Core i7 hiện đại nhất.

Đường cong hiệu suất của ngày hôm nay có thể được làm phẳng, nhưng tương lai chưa bao giờ trông thật

thú vị