ما هو قانون مور ولماذا يموت؟

إذا كنت مهتمًا بوسائل الإعلام التقنية على مدار العقد الماضي، فمن المحتمل أنك سمعت عن قانون مور و كيف يبدو أنه يموت. لسوء الحظ، من الصعب وصف ما هو قانون مور وكيف يموت بالضبط في مقال إخباري قياسي. إليك كل ما تحتاج لمعرفته حول قانون مور، وما يعنيه بالنسبة للمعالجات، ولماذا يقول الناس إنه يحتضر، وكيف تجد الشركات حلولاً بديلة.

قانون وصفي لكيفية عمل صناعة الرقائق لعقود من الزمن

تمت صياغة قانون مور من قبل المؤسس المشارك لشركة إنتل جوردون مور في عام 1965، ويتوقع أن يتضاعف عدد الترانزستورات (أصغر مكون في المعالج) كل عامين. لذلك، إذا كنت تقوم ببناء أكبر شريحة يمكنك صنعها في عام واحد، فيجب أن تكون قادرًا على صنع شريحة تحتوي على ضعف الترانزستورات بعد عامين. إذا تمكنت الصناعة من حشد معالج يحتوي على مليون ترانزستور في عام واحد، في غضون عامين، فمن الممكن إنتاج مليوني شريحة ترانزستور.

يتعلق هذا إلى حد كبير بالطريقة التي يتم بها تصنيع الرقائق من خلال ما يسمى عقدة العملية. من المفترض أن تكون كل عملية جديدة أكثر كثافة من سابقتها، وهذه هي الطريقة التي تمكنت بها الصناعة من تلبية توقعات قانون مور لعقود من الزمن. قد تتساءل عن سبب أهمية الكثافة للحفاظ على زيادة الترانزستورات؛ لماذا لا نصنع شريحة أكبر كل عام؟ حسنًا، شريحة واحدة يمكن أن تكون كبيرة جدًا. أكبر الرقائق التي تم تصنيعها بكميات كبيرة على الإطلاق تبلغ 800 مم 2 على الأكثر، والتي يمكن وضعها بسهولة في راحة يدك. لذا، فإن الكثافة الأعلى ضرورية لإدخال المزيد من الترانزستورات في الشريحة.

بالنسبة لمعظم تاريخ الحوسبة، كانت شركات التصنيع (وتسمى بالعامية fabs) قادرة على إطلاق عقد معالجة جديدة كل عام أو عامين والحفاظ على قانون مور مستمرًا. بالإضافة إلى ذلك، تعمل العقد الجديدة أيضًا على تحسين التردد (يُسمى أحيانًا الأداء) وكفاءة الطاقة إن استخدام أحدث أو ثاني أحدث عملية هو عادة ما تريده الشركات ما لم تكن تصنع شيئًا ما أساسي. كان قانون مور مجرد شيء حدث لا جدال فيه وتم اعتباره أمرا مفروغا منه.

كيف يموت قانون مور

توقعت الصناعة أن يستمر قطار العقد الجديدة كل عام أو نحو ذلك إلى الأبد، لكن كل ذلك انهار في القرن الحادي والعشرين. كانت إحدى العلامات المثيرة للقلق هي نهاية مقياس Dennard، الذي تنبأ بأن الترانزستورات الأكثر إحكاما ستكون قادرة على الوصول إلى سرعات أعلى على مدار الساعة، لكن هذا لم يعد صحيحًا عند علامة 65 نانومتر في منتصف العقد الأول من القرن الحادي والعشرين. في مثل هذه الأحجام الصغيرة، أظهرت الترانزستورات سلوكًا جديدًا لم يكن من الممكن أن يتوقعه أي فيزيائي.

لكن نهاية تحجيم Dennard لم تكن شيئًا مقارنة بالأزمة التي واجهتها كل الشركات المصنعة في العالم تقريبًا حول 32 نانومتر في أوائل عام 2010. كان تقليص الترانزستورات إلى أقل من 32 نانومتر أمرًا صعبًا للغاية، ولسنوات عديدة، كانت شركة إنتل هي الشركة الوحيدة التي نجحت في الانتقال إلى عقدة 22 نانومتر، وهي الترقية الكاملة التالية بعد 32 نانومتر. لم يتمكن منافسو إنتل من اللحاق بالركب إلا في منتصف عام 2010، ولكن بحلول ذلك الوقت، كانت الصناعة قد تغيرت بشكل كبير.

يوضح الرسم البياني أعلاه عدد الشركات التي تمكنت على مر السنين من إنشاء عقد رائدة في الصناعة في عام وجيل معين. كان هذا العدد في انخفاض لسنوات ولكن يبدو أنه استقر في أواخر العقد الأول من القرن الحادي والعشرين وحتى أوائل العقد الأول من القرن الحادي والعشرين. وبعد ذلك، عندما بدأت الشركات تدرك مدى صعوبة التقدم إلى ما هو أبعد من 32 نانومتر، تخلت عن ذلك. أربعة عشر مصنعًا متطورًا وصلوا إلى دقة تصنيع 45 نانومتر، لكن ستة منهم فقط وصلوا إلى دقة تصنيع 16 نانومتر. واليوم، لا تزال ثلاث شركات فقط من تلك الشركات المصنعة في طليعة الشركات المصنعة: Intel، وSamsung، وTSMC. ومع ذلك، يتوقع الكثيرون أن تنضم سامسونج أو إنتل إلى صفوف الذين سقطوا في نهاية المطاف.

حتى الشركات التي يمكنها تطوير هذه العقد الجديدة لا يمكنها مطابقة مكاسب جيل إلى جيل للعقد القديمة. لقد أصبح من الصعب جعل رقائق البطاطس أكثر كثافة؛ فشلت العقدة 3nm الخاصة بـ TSMC في تقليص ذاكرة التخزين المؤقت، وهو أمر كارثي. وبينما تتناقص مكاسب الكثافة مع كل جيل، فإن الإنتاج يصبح أكثر تكلفة، مما يسبب ركود تكلفة الترانزستور منذ تصنيع 32 نانومتر، مما يزيد من صعوبة بيع المعالجات بأسعار أقل الأسعار. كما أن تحسينات الأداء والكفاءة لم تعد جيدة كما كانت من قبل.

كل هذا معًا هو ما يعني موت قانون مور بالنسبة للناس. لا يتعلق الأمر فقط بالفشل في مضاعفة الترانزستورات كل عامين؛ يتعلق الأمر بارتفاع الأسعار، وضرب الجدران في الأداء، وعدم القدرة على تعزيز الكفاءة بسهولة كما كان من قبل. هذه مشكلة وجودية لصناعة الحوسبة بأكملها.

كيف تلبي الشركات توقعات قانون مور حتى أثناء احتضاره

في حين أن موت قانون مور يمثل مشكلة متنامية بلا شك، إلا أن كل عام يجلب الابتكار من اللاعبين الرئيسيين، يجد الكثير منها طرقًا لتجاوز مشكلات التصنيع التي ابتليت بها الصناعة لسنوات. بينما يتحدث قانون مور عن الترانزستورات، فإن روح قانون مور يمكن أن تظل حية بمجرد تلبية التقاليد تحسينات في الأداء من جيل إلى جيل، والصناعة لديها الكثير من الأدوات تحت تصرفها، أدوات لم تكن موجودة حتى قبل عشر سنوات.

لم تثبت تقنية شرائح AMD وIntel (التي تطلق عليها Intel اسم البلاط) أنها تلبي توقعات الأداء المنصوص عليها في قانون مور فحسب، بل أثبتت أيضًا أنها تلبي توقعات الترانزستور. في حين أنه من الصحيح أن شريحة واحدة يمكن أن تكون كبيرة جدًا، إلا أنه يمكنك نظريًا إضافة الكثير والكثير من الرقائق إلى معالج واحد. الشريحة الصغيرة هي في الأساس شريحة صغيرة يتم إقرانها مع شرائح صغيرة أخرى لتكوين معالج كامل. سمح اعتماد AMD للشرائح الصغيرة في عام 2019 للشركة بمضاعفة عدد النوى التي تقدمها في أجهزة الكمبيوتر المكتبية والخوادم.

بالإضافة إلى ذلك، يمكن أن تكون الشرائح الصغيرة متخصصة، وهذا هو المكان الذي تتألق فيه التكنولوجيا حقًا في مواجهة قانون مور المحتضر. نظرًا لأن ذاكرة التخزين المؤقت لا تتقلص حقًا في العقد الأحدث، فلماذا لا يتم وضع كل ذاكرة التخزين المؤقت على شرائح صغيرة باستخدام العقد الأقدم والأرخص ونوى المعالج على شرائح مع أحدث عقدة؟ هذا ما كانت تفعله AMD مع 3D V-Cache وتموت ذاكرة التخزين المؤقت للذاكرة (أو MCDs) في وحدات معالجة الرسومات RX 7000 المتطورة مثل RX 7900 XTX. قليلا من ال أفضل وحدات المعالجة المركزية و أفضل وحدات معالجة الرسومات من AMD لن يكون ممكنا دون شرائح.

نفيديا، من ناحية أخرى، أعلن بفخر وفاة قانون مور وراهن كل شيء على الذكاء الاصطناعي. من خلال تسريع أعباء العمل من خلال نوى Tensor القادرة على الذكاء الاصطناعي، يمكن أن يتضاعف الأداء بسهولة أو أكثر، لذلك لم تلمس Nvidia الشرائح الصغيرة على الإطلاق. ومع ذلك، فإن الذكاء الاصطناعي هو بالتأكيد حل أكثر كثافة من حيث البرمجيات. DLSS، تتطلب تقنية رفع مستوى الدقة المدعومة بالذكاء الاصطناعي من Nvidia جهدًا من كل من مطوري الألعاب وNvidia لتنفيذها في الألعاب، كما أن DLSS ليس مثاليًا أيضًا.

الخيار الآخر الوحيد بخلاف هذين الخيارين هو ببساطة تحسين بنية المعالجات والحصول على المزيد من الأداء من نفس العدد من الترانزستورات. لقد كان هذا المسار تاريخياً صعباً للغاية بالنسبة للشركات، بينما كانت الأجيال الجديدة منه تجلب المعالجات تحسينات معمارية، وعادة ما يكون رفع الأداء في رقم واحد النسب المئوية. بغض النظر، قد يكون من الضروري لمصممي الرقائق التركيز بشكل أكبر على الترقيات المعمارية من الآن فصاعدًا لأن هذه ليست مجرد مرحلة.