Τι είναι ο νόμος του Μουρ και γιατί πεθαίνει;

Εάν έχετε δώσει προσοχή στα τεχνολογικά μέσα την τελευταία δεκαετία, πιθανότατα θα έχετε ακούσει για τον νόμο του Μουρ και πώς προφανώς πεθαίνει. Δυστυχώς, είναι δύσκολο να περιγράψει κανείς τι είναι ο νόμος του Μουρ και πώς ακριβώς πεθαίνει σε μια τυπική είδηση. Εδώ είναι όλα όσα πρέπει να γνωρίζετε για το νόμο του Moore, τι σημαίνει για τους επεξεργαστές, γιατί οι άνθρωποι λένε ότι πεθαίνει και πώς οι εταιρείες βρίσκουν λύσεις.

Ένας περιγραφικός νόμος για το πώς λειτούργησε η βιομηχανία τσιπ για δεκαετίες

Ο νόμος του Moore επινοήθηκε από τον συνιδρυτή της Intel, Gordon Moore το 1965, και προβλέπει ότι κάθε δύο χρόνια, ο αριθμός των τρανζίστορ (βασικά το μικρότερο στοιχείο σε έναν επεξεργαστή) θα διπλασιάζεται. Έτσι, εάν φτιάχνετε το μεγαλύτερο τσιπ που μπορείτε ενδεχομένως ένα χρόνο, θα πρέπει να μπορείτε να φτιάξετε ένα τσιπ με διπλάσια τρανζίστορ δύο χρόνια αργότερα. Εάν η βιομηχανία μπορεί να συγκεντρώσει έναν επεξεργαστή με ένα εκατομμύριο τρανζίστορ σε ένα χρόνο, σε δύο χρόνια, θα είναι δυνατό ένα τσιπ τρανζίστορ δύο εκατομμυρίων.

Αυτό έχει να κάνει σε μεγάλο βαθμό με τον τρόπο που κατασκευάζονται τα τσιπ μέσω κάτι που ονομάζεται α κόμβος διαδικασίας. Κάθε νέα διαδικασία υποτίθεται ότι είναι πιο πυκνή από την προηγούμενη, και έτσι η βιομηχανία ήταν σε θέση να ανταποκριθεί στις προβλέψεις του νόμου του Moore για δεκαετίες. Ίσως αναρωτιέστε γιατί η πυκνότητα είναι απαραίτητη για να συνεχίσει να αυξάνεται τα τρανζίστορ. γιατί να μην φτιάχνεις ένα μεγαλύτερο τσιπ κάθε χρόνο; Λοιπόν, ένα μόνο τσιπ μπορεί να είναι μόνο τόσο μεγάλο. Τα μεγαλύτερα τσιπ που έχουν κατασκευαστεί ποτέ σε μεγάλο όγκο είναι το πολύ 800mm2, τα οποία μπορούν εύκολα να χωρέσουν στην παλάμη του χεριού σας. Έτσι, απαιτείται μεγαλύτερη πυκνότητα για να μπουν περισσότερα τρανζίστορ σε ένα τσιπ.

Για το μεγαλύτερο μέρος της ιστορίας των υπολογιστών, οι εταιρείες κατασκευής (στην καθομιλουμένη αποκαλούμενες fabs) ήταν σε θέση να λανσάρουν νέους κόμβους διεργασιών κάθε ή δύο χρόνια και να κρατούν τον νόμο του Moore σε εφαρμογή. Επιπλέον, οι νέοι κόμβοι βελτίωσαν επίσης τη συχνότητα (μερικές φορές ονομάζονται απλώς απόδοση) και την απόδοση ισχύος, έτσι Η χρήση της τελευταίας ή της δεύτερης πιο πρόσφατης διαδικασίας ήταν συνήθως αυτό που ήθελαν οι εταιρείες εκτός και αν έφτιαχναν κάτι βασικός. Ο νόμος του Μουρ ήταν απλώς ένα αδιαμφισβήτητο πράγμα που συνέβη και θεωρήθηκε δεδομένο.

Πώς πεθαίνει ο νόμος του Μουρ

Η βιομηχανία περίμενε ότι το τρένο σάλτσας νέων κόμβων κάθε χρόνο περίπου θα συνεχιζόταν για πάντα, αλλά όλα κατέρρευσαν τον 21ο αιώνα. Ένα ανησυχητικό σημάδι ήταν το τέλος της κλιμάκωσης του Dennard, το οποίο προέβλεπε ότι τα πιο συμπαγή τρανζίστορ θα μπορούσαν να πετύχουν υψηλότερες ταχύτητες ρολογιού, αλλά αυτό έπαψε να ισχύει γύρω στα 65 nm στα μέσα της δεκαετίας του 2000. Σε τόσο μικροσκοπικά μεγέθη, τα τρανζίστορ παρουσίαζαν νέα συμπεριφορά που κανένας φυσικός δεν μπορούσε να προβλέψει.

Αλλά το τέλος της κλιμάκωσης του Dennard δεν ήταν τίποτα σε σύγκριση με την κρίση που σχεδόν κάθε fab στον κόσμο αντιμετώπισε γύρω στα 32nm στις αρχές της δεκαετίας του 2010. Η συρρίκνωση των τρανζίστορ κάτω από τα 32 nm ήταν εξαιρετικά δύσκολη και για χρόνια, η Intel ήταν η μόνη εταιρεία που μεταπήδησε με επιτυχία στον κόμβο των 22 nm, την επόμενη πλήρη αναβάθμιση μετά τα 32 nm. Μόλις στα μέσα της δεκαετίας του 2010 οι ανταγωνιστές της Intel κατάφεραν να καλύψουν τη διαφορά, αλλά μέχρι τότε, η βιομηχανία είχε αλλάξει ουσιαστικά.

Το παραπάνω διάγραμμα δείχνει τον αριθμό των εταιρειών κατά τη διάρκεια των ετών που μπόρεσαν να δημιουργήσουν κορυφαίους κόμβους στον κλάδο σε ένα δεδομένο έτος και γενιά. Αυτός ο αριθμός μειώνονταν για χρόνια, αλλά φαινόταν να σταθεροποιείται στα τέλη της δεκαετίας του 2000 έως τις αρχές της δεκαετίας του 2010. Στη συνέχεια, όταν οι εταιρείες άρχισαν να συνειδητοποιούν πόσο δύσκολο θα ήταν να προχωρήσουν πέρα ​​από τα 32 nm, έριξαν λευκή πετσέτα. Δεκατέσσερις πρωτοποριακές συσκευές έφτασαν στον κόμβο των 45 nm, αλλά μόνο έξι από αυτούς έφτασαν στα 16 nm. Σήμερα, μόνο τρεις από αυτές τις fabs εξακολουθούν να είναι στην αιχμή: η Intel, η Samsung και η TSMC. Πολλοί, ωστόσο, περιμένουν είτε η Samsung είτε η Intel να ενταχθούν τελικά στις τάξεις των πεσόντων.

Ακόμη και οι εταιρείες που μπορούν να αναπτύξουν αυτούς τους νέους κόμβους δεν μπορούν να ανταποκριθούν στα κέρδη από γενιά σε γενιά παλαιότερων κόμβων. Γίνεται όλο και πιο δύσκολο να γίνουν οι μάρκες πιο πυκνές. Ο κόμβος 3nm του TSMC απέτυχε στην πραγματικότητα να συρρικνώσει την κρυφή μνήμη, το οποίο είναι καταστροφικό. Και ενώ τα κέρδη πυκνότητας μειώνονται κάθε γενιά, η παραγωγή γίνεται πιο ακριβή, προκαλώντας το Το κόστος ανά τρανζίστορ παραμένει στάσιμο από τα 32 nm, γεγονός που καθιστά πιο δύσκολη την πώληση επεξεργαστών σε χαμηλότερη τιμή τιμές. Επίσης, οι βελτιώσεις απόδοσης και αποδοτικότητας δεν είναι τόσο καλές όσο παλιά.

Όλα αυτά μαζί είναι που σηματοδοτούν τον θάνατο του Νόμου του Μουρ για τους ανθρώπους. Δεν πρόκειται μόνο για την αποτυχία διπλασιασμού των τρανζίστορ κάθε δύο χρόνια. έχει να κάνει με την αύξηση των τιμών, το χτύπημα σε τείχη στην απόδοση και τη μη δυνατότητα αύξησης της αποτελεσματικότητας τόσο εύκολα όσο πριν. Αυτό είναι ένα υπαρξιακό πρόβλημα για ολόκληρο τον κλάδο των υπολογιστών.

Πώς οι εταιρείες ανταποκρίνονται στις προσδοκίες του νόμου του Moore, ακόμη και όταν αυτός πεθαίνει

Ενώ ο θάνατος του νόμου του Μουρ είναι αναμφισβήτητα ένα αυξανόμενο πρόβλημα, κάθε χρόνο φέρνει καινοτομία από βασικούς παίκτες, πολλά από τα οποία βρίσκουν τρόπους για να παρακάμψουν εντελώς τα μεταποιητικά ζητήματα που ταλανίζουν τη βιομηχανία εδώ και χρόνια. Ενώ ο νόμος του Μουρ μιλάει για τρανζίστορ, το πνεύμα του νόμου του Μουρ μπορεί να διατηρηθεί ζωντανό απλώς συναντώντας τα παραδοσιακά βελτιώσεις απόδοσης από γενιά σε γενιά και η βιομηχανία έχει πολλά εργαλεία στη διάθεσή της, εργαλεία που δεν υπήρχαν καν πριν από μια δεκαετία.

Η τεχνολογία chiplet της AMD και της Intel (την οποία η Intel αποκαλεί πλακίδια) όχι μόνο έχει αποδειχθεί ότι ανταποκρίνεται στις προσδοκίες απόδοσης του νόμου του Moore, αλλά ακόμη και στις προσδοκίες των τρανζίστορ. Ενώ είναι αλήθεια ότι ένα μεμονωμένο τσιπ μπορεί να είναι μόνο τόσο μεγάλο, θα μπορούσατε θεωρητικά να προσθέσετε πολλά και πολλά τσιπ σε έναν μόνο επεξεργαστή. Ένα chiplet είναι ουσιαστικά ένα μικρό τσιπ που συνδυάζεται με άλλα chiplet για να δημιουργήσει έναν πλήρη επεξεργαστή. Η υιοθέτηση chiplet από την AMD το 2019 επέτρεψε στην εταιρεία να διπλασιάσει τον αριθμό των πυρήνων που πρόσφερε σε επιτραπέζιους υπολογιστές και διακομιστές.

Επιπλέον, τα chiplets μπορούν να εξειδικευτούν, και εδώ είναι που η τεχνολογία λάμπει πραγματικά μπροστά σε έναν ετοιμοθάνατο νόμο του Moore. Εφόσον η κρυφή μνήμη δεν συρρικνώνεται πραγματικά σε νεότερους κόμβους, γιατί να μην τοποθετήσετε όλη την κρυφή μνήμη σε chiplet χρησιμοποιώντας παλαιότερους, φθηνότερους κόμβους και τους πυρήνες επεξεργαστή σε chiplet με τον πιο πρόσφατο κόμβο; Αυτό κάνει η AMD με αυτήν 3D V-Cache και η κρυφή μνήμη του πεθαίνει (ή MCD) σε high-end RX 7000 GPU όπως το RX 7900 XTX. Κάποια από τα καλύτερες CPU και καλύτερες GPU από την AMD δεν θα ήταν δυνατή χωρίς chiplet.

Η Nvidia, από την άλλη, έχει διακηρύξει περήφανα ο θάνατος του νόμου του Μουρ και έχει ποντάρει τα πάντα στην τεχνητή νοημοσύνη. Με την επιτάχυνση του φόρτου εργασίας μέσω πυρήνων Tensor με δυνατότητα AI, η απόδοση μπορεί εύκολα να διπλασιαστεί ή περισσότερο, επομένως η Nvidia δεν έχει αγγίξει καθόλου τα chiplet. Ωστόσο, η τεχνητή νοημοσύνη είναι σίγουρα μια λύση με μεγαλύτερη ένταση λογισμικού. DLSS, η τεχνολογία αναβάθμισης ανάλυσης με τεχνητή νοημοσύνη της Nvidia, απαιτεί προσπάθεια τόσο από τους προγραμματιστές παιχνιδιών όσο και από τη Nvidia για να εφαρμοστεί στα παιχνίδια και το DLSS δεν είναι επίσης τέλειο.

Η μόνη άλλη επιλογή εκτός από αυτές τις δύο είναι απλώς να βελτιώσετε την αρχιτεκτονική των επεξεργαστών και να έχετε μεγαλύτερη απόδοση από τον ίδιο αριθμό τρανζίστορ. Αυτός ο δρόμος ήταν ιστορικά πολύ δύσκολος για τις εταιρείες να ακολουθήσουν, και ενώ οι νέες γενιές Οι επεξεργαστές φέρνουν αρχιτεκτονικές βελτιώσεις, η αύξηση της απόδοσης είναι συνήθως μονοψήφια ποσοστά. Ανεξάρτητα από αυτό, μπορεί να είναι απαραίτητο για τους σχεδιαστές τσιπ να επικεντρωθούν περισσότερο στις αρχιτεκτονικές αναβαθμίσεις από εδώ και στο εξής, επειδή αυτό δεν είναι απλώς μια φάση.