Mi az a Moore-törvény, és miért haldoklik?

Ha az elmúlt évtizedben a technológiai médiára figyelt, valószínűleg hallott már Moore törvényéről és hogy láthatóan haldoklik. Sajnos nehéz leírni, hogy mi az a Moore-törvény, és hogyan haldoklik pontosan egy szabványos hírben. Itt van minden, amit tudnia kell a Moore-törvényről, mit jelent ez a processzorok számára, miért mondják az emberek, hogy haldoklik, és hogyan találnak megoldást a vállalatok.

A chipipar évtizedek óta működő leíró törvénye

A Moore-törvényt az Intel társalapítója, Gordon Moore alkotta meg 1965-ben, és azt jósolja, hogy kétévente a tranzisztorok száma (alapvetően a processzor legkisebb alkatrésze) megduplázódik. Tehát ha egy éven belül a lehető legnagyobb chipet építi meg, akkor két évvel később már kétszer annyi tranzisztorral rendelkező chipet készíthet. Ha az ipar egy év alatt össze tud gyűjteni egy egymillió tranzisztoros processzort, akkor két év múlva már kétmillió tranzisztoros chip is elérhetővé válik.

Ez nagymértékben összefügg azzal, ahogyan a chipeket az úgynevezett a folyamat csomópont. Minden egyes új folyamatnak sűrűbbnek kell lennie az előzőnél, így az iparág évtizedek óta képes megfelelni a Moore-törvény előrejelzéseinek. Elgondolkodhat azon, hogy miért van szükség sűrűségre a tranzisztorok növeléséhez; miért nem csinálsz évente egy nagyobb chipet? Nos, egyetlen chip csak akkora lehet. A valaha készült legnagyobb, nagy mennyiségben készült forgácsok legfeljebb 800 mm2-esek, ami könnyen elfér a tenyerében. Tehát nagyobb sűrűségre van szükség ahhoz, hogy több tranzisztor kerüljön egy chipbe.

A számítástechnika történetének nagy részében a gyártócégek (köznyelvi nevén fabs) évente vagy kétévente új folyamatcsomópontokat tudtak elindítani, és megtartották a Moore-törvényt. Ezenkívül az új csomópontok javították a frekvenciát (néha egyszerűen csak teljesítménynek nevezik) és az energiahatékonyságot, így A cégek általában a legfrissebb vagy a második legkésőbbi folyamatot akarták használni, hacsak nem készítettek valamit alapvető. Moore törvénye csak egy megkérdőjelezhetetlen dolog volt, ami megtörtént, és természetesnek vették.

Hogyan haldoklik Moore törvénye

Az ipar arra számított, hogy az évről évre új csomópontok tömege örökké folytatódik, de a 21. században mindez összeomlott. Az egyik aggasztó jel a Dennard-skálázás vége volt, amely azt jósolta, hogy a kompaktabb tranzisztorok képesek lesznek magasabb órajelre, de ez a 2000-es évek közepén a 65 nm körül már nem volt igaz. Ilyen apró méreteknél a tranzisztorok olyan új viselkedést mutattak, amelyet fizikusok nem láthattak volna előre.

De a Dennard-skálázás vége semmi volt ahhoz a válsághoz képest, amely a 2010-es évek elején a világ szinte minden 32 nm-es hullámhosszúságával szembesült. A tranzisztorok 32 nm alá zsugorítása rendkívül nehéz volt, és évekig az Intel volt az egyetlen vállalat, amely sikeresen átállt a 22 nm-es csomópontra, ami a következő teljes frissítés 32 nm után. Az Intel versenytársai csak a 2010-es évek közepén tudták felzárkózni, de addigra az iparág lényegesen megváltozott.

A fenti diagram szemlélteti azon vállalatok számát az évek során, amelyek képesek voltak iparágvezető csomópontokat létrehozni egy adott évben és generációban. Ez a szám évek óta csökkent, de a 2000-es évek végén és a 2010-es évek elején stabilizálódni látszott. Aztán, amikor a cégek kezdték felismerni, milyen nehéz lesz 32 nm-nél tovább haladni, bedobták a törülközőt. A 45 nm-es csomópontig tizennégy élvonalbeli fab ért, de közülük csak hat jutott el 16 nm-ig. Manapság ezek közül csak három van az élvonalban: az Intel, a Samsung és a TSMC. Sokan azonban arra számítanak, hogy a Samsung vagy az Intel végül csatlakozik az elesettek sorához.

Még a vállalatok, amelyek képesek fejleszteni ezeket az új csomópontokat, nem tudják elérni a régebbi csomópontok nemzedékről nemzedékre tett nyereségét. Egyre nehezebb a chipset sűrűbbé tenni; A TSMC 3 nm-es csomópontja valójában nem tudta csökkenteni a gyorsítótárat, ami katasztrofális. És bár a sűrűségnövekedés generációnként csökken, a termelés egyre drágább, ami a A tranzisztoronkénti költség 32 nm óta stagnál, ami megnehezíti a processzorok alacsonyabb áron történő értékesítését árak. A teljesítmény és a hatékonyság javulása sem olyan jó, mint korábban.

Mindez együtt jelenti a Moore-törvény halálát az emberek számára. Nem csak arról van szó, hogy nem sikerül kétévente megduplázni a tranzisztorokat; az emelkedő árakról, a teljesítmény falakba ütközéséről szól, és arról, hogy nem lehet olyan könnyen növelni a hatékonyságot, mint korábban. Ez az egész számítástechnikai ipar egzisztenciális problémája.

Hogyan tesznek eleget a vállalatok a Moore-törvény elvárásainak, még akkor is, amikor az haldoklik

Míg Moore törvényének halála tagadhatatlanul növekvő probléma, minden év újításokat hoz a kulcsszereplőktől, amelyek közül sokan megtalálják a módját az ipart évek óta sújtó gyártási problémák teljes megkerülésére. Míg Moore törvénye tranzisztorokról beszél, a Moore-törvény szelleme életben tartható pusztán a hagyományosnak való megfeleléssel. generációról generációra teljesítményjavulás, és az iparágnak rengeteg olyan eszköz áll a rendelkezésére, amelyek nem is léteztek egy évtizeddel ezelőtt.

Az AMD és az Intel chiplettechnológiája (amelyet az Intel csempéknek nevez) nemcsak a Moore-törvény teljesítménnyel kapcsolatos elvárásainak bizonyult, hanem még a tranzisztorral kapcsolatos elvárásoknak is. Bár igaz, hogy egyetlen chip csak akkora lehet, elméletileg sok-sok chipet lehetne hozzáadni egyetlen processzorhoz. A chiplet lényegében egy kis chip, amelyet más chipletekkel párosítva komplett processzort készítenek. A chipletek AMD 2019-es bevezetése lehetővé tette a vállalat számára, hogy megkétszerezze az asztali számítógépekben és szerverekben kínált magok számát.

Ezenkívül a chipleteket lehet specializálni, és ez az, ahol a technológia igazán ragyog a haldokló Moore-törvénnyel szemben. Mivel a gyorsítótár nem zsugorodik igazán az újabb csomópontokon, miért ne helyezné el az összes gyorsítótárat a régebbi, olcsóbb csomópontokat használó chipletekbe, és a processzormagokat a legújabb csomóponttal rendelkező chipletekbe? Az AMD ezt csinálta vele 3D V-Cache és a memória-gyorsítótár elhal (vagy MCD-k) a csúcskategóriás RX 7000 GPU-kban, mint például az RX 7900 XTX. Néhány legjobb CPU-k és legjobb GPU-k az AMD-től nem lenne lehetséges chipletek nélkül.

Az Nvidia viszont büszkén hirdette a Moore-törvény halála, és mindent az MI-n kockáztatott. Az AI-képes Tensor magokon keresztül a munkaterhelés felgyorsításával a teljesítmény könnyen megduplázódhat vagy még több is lehet, így az Nvidia egyáltalán nem nyúlt a chipletekhez. Az AI azonban minden bizonnyal szoftverigényesebb megoldás. DLSS, az Nvidia mesterséges intelligencia által vezérelt felbontásnövelő technológiája, mind a játékfejlesztőktől, mind az Nvidiától erőfeszítéseket igényel a játékokban való megvalósítás, és a DLSS sem tökéletes.

E kettőn kívül az egyetlen másik lehetőség az, hogy egyszerűen javítjuk a processzorok architektúráját, és nagyobb teljesítményt érünk el ugyanannyi tranzisztorból. Ezt az utat történelmileg nagyon nehéz volt végigjárni a vállalatok számára, miközben az új generációk számára processzorok építészeti fejlesztéseket hoznak, a teljesítménynövekedés jellemzően egyszámjegyű százalékban. Ettől függetlenül előfordulhat, hogy a chiptervezőknek ezentúl többet kell összpontosítaniuk az építészeti frissítésekre, mert ez nem csak egy fázis.