რა არის მურის კანონი და რატომ კვდება ის?

თუ ბოლო ათწლეულის განმავლობაში ყურადღებას აქცევდით ტექნიკურ მედიას, ალბათ გსმენიათ მურის კანონისა და როგორ კვდება აშკარად. სამწუხაროდ, ძნელია იმის აღწერა, თუ რა არის მურის კანონი და როგორ კვდება ის სტანდარტულ საინფორმაციო სტატიაში. აქ არის ყველაფერი, რაც უნდა იცოდეთ მურის კანონის შესახებ, რას ნიშნავს ის პროცესორებისთვის, რატომ ამბობენ ადამიანები, რომ ის კვდება და როგორ პოულობენ კომპანიები გამოსავალს.

აღწერითი კანონი იმის შესახებ, თუ როგორ მუშაობდა ჩიპების ინდუსტრია ათწლეულების განმავლობაში

მურის კანონი შეიქმნა Intel-ის თანადამფუძნებელმა გორდონ მურმა 1965 წელს და ის პროგნოზირებს, რომ ყოველ ორ წელიწადში ერთხელ ტრანზისტორების რაოდენობა (ძირითადად ყველაზე პატარა კომპონენტი პროცესორში) გაორმაგდება. ასე რომ, თუ თქვენ აშენებთ ყველაზე დიდ ჩიპს, რაც შეიძლება ერთი წლის შემდეგ, თქვენ უნდა შეგეძლოთ ჩიპის შექმნა, რომელსაც ორჯერ მეტი ტრანზისტორები აქვს ორი წლის შემდეგ. თუ ინდუსტრიას შეუძლია შეაგროვოს პროცესორი ერთი მილიონი ტრანზისტორით ერთ წელიწადში, ორ წელიწადში შესაძლებელი იქნება ორი მილიონი ტრანზისტორი ჩიპი.

ეს დიდწილად დაკავშირებულია ჩიპების წარმოების გზასთან, რასაც ეწოდება a პროცესის კვანძი. ყოველი ახალი პროცესი წინაზე უფრო მკვრივი უნდა იყოს, ასე რომ, ინდუსტრია ახერხებდა მურის კანონის პროგნოზებს ათწლეულების განმავლობაში. ალბათ გაინტერესებთ, რატომ არის საჭირო სიმკვრივე ტრანზისტორების გაზრდისთვის; რატომ არ გააკეთოთ უფრო დიდი ჩიპი ყოველწლიურად? ისე, ერთი ჩიპი შეიძლება იყოს მხოლოდ ასეთი დიდი. ყველაზე დიდი ჩიპები, რომლებიც ოდესმე დამზადებულია დიდი მოცულობით, არის მაქსიმუმ 800 მმ2, რომელიც ადვილად ეტევა ხელის გულზე. ასე რომ, უფრო მაღალი სიმკვრივეა საჭირო ჩიპში მეტი ტრანზისტორის მისაღებად.

გამოთვლითი ისტორიის უმეტესობისთვის, ფაბრიკაციულ კომპანიებს (კოლოკვიურად უწოდებენ fabs) ახერხებდნენ ახალი პროცესის კვანძების გაშვებას ყოველ ან ორ წელიწადში და მურის კანონის შენარჩუნება. გარდა ამისა, ახალმა კვანძებმა ასევე გააუმჯობესეს სიხშირე (ზოგჯერ უბრალოდ შესრულებას უწოდებენ) და ენერგოეფექტურობას. უახლესი ან მეორე უახლესი პროცესის გამოყენება ჩვეულებრივ იყო ის, რაც კომპანიებს სურდათ, თუ ისინი რაიმეს არ ამზადებდნენ ძირითადი. მურის კანონი იყო მხოლოდ უდავო რამ, რაც მოხდა და მიღებულ იქნა თავისთავად.

როგორ კვდება მურის კანონი

ინდუსტრია ელოდა, რომ ახალი კვანძების მარადიული მატარებელი ყოველწლიურად სამუდამოდ გაგრძელდებოდა, მაგრამ ეს ყველაფერი 21-ე საუკუნეში ჩამოიშალა. ერთი შემაშფოთებელი ნიშანი იყო Dennard-ის სკალირების დასასრული, რომელიც იწინასწარმეტყველა, რომ უფრო კომპაქტური ტრანზისტორები შეძლებდნენ მაღალი საათის სიჩქარეს, მაგრამ ეს შეჩერდა 65 ნმ ნიშნულზე 2000-იანი წლების შუა პერიოდში. ასეთ პატარა ზომებში ტრანზისტორები ახალ ქცევას ავლენდნენ, რასაც ვერც ერთი ფიზიკოსი ვერ წარმოიდგენდა.

მაგრამ Dennard-ის სკალინგის დასასრული არაფერი იყო იმ კრიზისთან შედარებით, რომელიც მსოფლიოში თითქმის ყველა ფაბრიკას შეხვდა 2010-იანი წლების დასაწყისში დაახლოებით 32 ნმ. ტრანზისტორების შემცირება 32 ნმ-ზე დაბლა ძალიან რთული იყო და წლების განმავლობაში Intel იყო ერთადერთი კომპანია, რომელიც წარმატებით გადავიდა 22 ნმ კვანძზე, შემდეგი სრული განახლება 32 ნმ-ის შემდეგ. Intel-ის კონკურენტებმა მხოლოდ 2010-იანი წლების შუა ხანებამდე შეძლეს დაეწიათ, მაგრამ ამ დროისთვის ინდუსტრია არსებითად შეიცვალა.

ზემოთ მოცემული დიაგრამა ასახავს წლების განმავლობაში იმ კომპანიების რაოდენობას, რომლებმაც შეძლეს ინდუსტრიის წამყვანი კვანძების შექმნა მოცემულ წელსა და თაობაში. ეს რიცხვი წლების განმავლობაში მცირდებოდა, მაგრამ, როგორც ჩანს, დასტაბილურდა 2000-იანი წლების ბოლოს 2010-იანი წლების დასაწყისში. შემდეგ, როდესაც კომპანიებმა დაიწყეს იმის გაცნობიერება, თუ რამდენად რთული იქნებოდა 32 ნმ-ის მიღმა პროგრესი, მათ პირსახოცი გადააგდეს. თოთხმეტი უახლესი ფაბი მიაღწია 45 ნმ კვანძს, მაგრამ მათგან მხოლოდ ექვსმა მიიღო 16 ნმ. დღეს, ამ ფაბრიკებიდან მხოლოდ სამია ჯერ კიდევ მოწინავე: Intel, Samsung და TSMC. თუმცა, ბევრი ელის, რომ Samsung ან Intel საბოლოოდ შეუერთდებიან დაცემულთა რიგებს.

კომპანიებიც კი, რომლებსაც შეუძლიათ ამ ახალი კვანძების განვითარება, ვერ შეესაბამებიან ძველი კვანძების თაობიდან თაობას. სულ უფრო რთული ხდება ჩიპების მკვრივი გაკეთება; TSMC-ის 3 ნმ კვანძმა ფაქტობრივად ვერ შეძლო ქეშის შემცირება, რაც დამღუპველია. და სანამ სიმკვრივის მომატება ყოველ თაობას მცირდება, წარმოება ძვირდება, რაც იწვევს თითო ტრანზისტორის ღირებულება 32 ნმ-ის შემდეგ ჩერდება, რაც ართულებს პროცესორების დაბალ ფასად გაყიდვას ფასები. შესრულების და ეფექტურობის გაუმჯობესება ასევე არ არის ისეთი კარგი, როგორც ადრე იყო.

ეს ყველაფერი ერთად არის ის, რაც ნიშნავს ადამიანებისთვის მურის კანონის სიკვდილს. ეს არ არის მხოლოდ ორ წელიწადში ერთხელ ტრანზისტორების გაორმაგება; საუბარია ფასების მატებაზე, კედელზე შეჯახებაზე და ეფექტურობის ამაღლებას ისე მარტივად, როგორც ადრე. ეს არის მთელი კომპიუტერული ინდუსტრიის ეგზისტენციალური პრობლემა.

როგორ აკმაყოფილებენ კომპანიები მურის კანონის მოლოდინებს მაშინაც კი, როცა ის კვდება

მიუხედავად იმისა, რომ მურის კანონის სიკვდილი უდავოდ მზარდი პრობლემაა, ყოველწლიურად მოაქვს სიახლეები ძირითადი მოთამაშეებისგან. რომელთაგან ბევრი პოულობს გზებს მთლიანად გვერდის ავლით წარმოების საკითხების, რომლებიც ინდუსტრიას წლების განმავლობაში აწუხებდა. მიუხედავად იმისა, რომ მურის კანონი საუბრობს ტრანზისტორებზე, მურის კანონის სულისკვეთება შეიძლება ცოცხალი იყოს მხოლოდ ტრადიციული შეხვედრით. თაობიდან თაობაზე მუშაობის გაუმჯობესება და ინდუსტრიას აქვს უამრავი ხელსაწყო, რომელიც არც კი არსებობდა ათი წლის წინ.

AMD-ისა და Intel-ის ჩიპლეტების ტექნოლოგიამ (რომელსაც Intel უწოდებს ფილებს) არა მხოლოდ დააკმაყოფილა მურის კანონის შესრულების მოლოდინი, არამედ ტრანზისტორის მოლოდინიც კი. მართალია, ერთი ჩიპი შეიძლება იყოს მხოლოდ ასეთი დიდი, თეორიულად შეგიძლიათ დაამატოთ ბევრი და ბევრი ჩიპი ერთ პროცესორზე. ჩიპლეტი არსებითად არის პატარა ჩიპი, რომელიც დაწყვილებულია სხვა ჩიპლეტებთან სრული პროცესორის შესაქმნელად. AMD-ის მიერ ჩიპლეტების მიღებამ 2019 წელს კომპანიას საშუალება მისცა გააორმაგოს ბირთვების რაოდენობა, რომელსაც სთავაზობდა დესკტოპებსა და სერვერებზე.

გარდა ამისა, ჩიპლეტები შეიძლება იყოს სპეციალიზებული და ეს არის ის, სადაც ტექნოლოგია ნამდვილად ანათებს მომაკვდავი მურის კანონის წინაშე. ვინაიდან ქეში ნამდვილად არ მცირდება ახალ კვანძებზე, რატომ არ უნდა დააყენოთ მთელი ქეში ჩიპლეტებზე ძველი, იაფი კვანძების გამოყენებით და პროცესორის ბირთვები ჩიპლეტებზე უახლესი კვანძებით? სწორედ ამას აკეთებდა AMD თავისით 3D V-ქეში და მისი მეხსიერების ქეში კვდება (ან MCD) მაღალი დონის RX 7000 GPU-ებში, როგორიცაა RX 7900 XTX. Ზოგიერთი საუკეთესო პროცესორები და საუკეთესო GPU AMD-დან შეუძლებელი იქნება ჩიპლეტების გარეშე.

Nvidia, მეორეს მხრივ, ამაყად გამოაცხადა მურის კანონის დაღუპვა და ყველაფერი AI-ზე დაადო. AI-ის მქონე Tensor ბირთვების მეშვეობით დატვირთვის აჩქარებით, შესრულება ადვილად შეიძლება გაორმაგდეს ან მეტი, ამიტომ Nvidia საერთოდ არ შეხებია ჩიპლეტებს. თუმცა, AI, რა თქმა უნდა, უფრო პროგრამული უზრუნველყოფის ინტენსიური გადაწყვეტაა. DLSS, Nvidia-ს AI-ზე მომუშავე გარჩევადობის გაზრდის ტექნოლოგია, მოითხოვს ძალისხმევას როგორც თამაშის შემქმნელებისგან, ასევე Nvidia-სგან თამაშებში დასანერგად და DLSS არც ისე სრულყოფილია.

ამ ორის გარდა ერთადერთი სხვა ვარიანტია უბრალოდ პროცესორების არქიტექტურის გაუმჯობესება და ტრანზისტორების იგივე რაოდენობის მეტი შესრულების მიღება. ეს გზა ისტორიულად ძალიან რთული იყო კომპანიებისთვის და ახალი თაობისთვის პროცესორებს მოაქვთ არქიტექტურული გაუმჯობესება, შესრულების ამაღლება, როგორც წესი, ერთნიშნა პროცენტები. მიუხედავად ამისა, შესაძლოა საჭირო გახდეს ჩიპების დიზაინერებისთვის ამიერიდან მეტი ფოკუსირება არქიტექტურულ განახლებაზე, რადგან ეს არ არის მხოლოდ ფაზა.