Шта је Муров закон и зашто умире?

Ако сте током протекле деценије обраћали пажњу на технолошке медије, вероватно сте чули за Муров закон и како очигледно умире. Нажалост, тешко је описати шта је Муров закон и како тачно умире у стандардној вести. Ево свега што треба да знате о Муровом закону, шта он значи за процесоре, зашто људи кажу да умире и како компаније проналазе решења.

Описни закон о томе како индустрија чипова функционише деценијама

Муров закон сковао је суоснивач Интела Гордон Мур 1965. године и предвиђа да ће се сваке две године број транзистора (у суштини најмања компонента у процесору) удвостручити. Дакле, ако правите највећи чип који можете једне године, требало би да будете у могућности да направите чип који има дупло више транзистора две године касније. Ако индустрија може да прикупи процесор са милион транзистора за годину дана, за две године би требало да буде могућ и чип од два милиона транзистора.

Ово у великој мери има везе са начином на који се чипови производе кроз нешто што се зове а

процесни чвор. Сваки нови процес би требало да буде гушћи од претходног, због чега је индустрија деценијама могла да испуни пројекције Муровог закона. Можда се питате зашто је густина неопходна да би се транзистори стално повећавали; зашто једноставно не направите већи чип сваке године? Па, један чип може бити само толико велик. Највећи чипови икад направљени у великој запремини су највише 800 мм2, који лако стају на длан. Дакле, већа густина је неопходна да би се више транзистора ушло у чип.

Током већег дела историје рачунарства, компаније за производњу (колоквијално назване фабс) биле су у могућности да покрећу нове процесне чворове сваке године или две и одржавају Муров закон. Поред тога, нови чворови су такође побољшали фреквенцију (понекад једноставно названу перформансама) и енергетску ефикасност, тако коришћење најновијег или другог најновијег процеса обично је било оно што компаније желе осим ако нешто не праве основни. Муров закон је био само неупитна ствар која се десила и која се узимала здраво за готово.

Како Муров закон умире

Индустрија је очекивала да ће се низ нових чворова сваке године или тако нешто наставити заувек, али све се срушило у 21. веку. Један забрињавајући знак био је крај Деннардовог скалирања, који је предвиђао да ће компактнији транзистори моћи да постигну веће брзине такта, али то је престало да важи око ознаке од 65 нм средином 2000-их. У тако малим величинама, транзистори су показивали ново понашање које ниједан физичар није могао да предвиди.

Али крај Деннаровог скалирања није био ништа у поређењу са кризом са којом се скоро свака фабрика на свету сусрела око 32 нм почетком 2010-их. Смањење транзистора испод 32нм било је изузетно тешко, а годинама је Интел био једина компанија која је успешно прешла на 22нм чвор, следећу пуну надоградњу након 32нм. Тек средином 2010-их Интелови конкуренти су успели да сустигну корак, али до тада се индустрија значајно променила.

Горњи графикон илуструје број компанија током година које су биле у стању да направе водеће чворове у индустрији у датој години и генерацији. Овај број је годинама опадао, али се чинило да се стабилизовао од касних 2000-их до почетка 2010-их. Затим, када су компаније почеле да схватају колико би било тешко напредовати даље од 32нм, бациле су се на пешкир. Четрнаест најсавременијих фабрика дошло је до 45нм чвора, али само шест њих је дошло до 16нм. Данас су само три од ових фабрика још увек на врхунцу: Интел, Самсунг и ТСМЦ. Многи, међутим, очекују да ће се или Самсунг или Интел на крају придружити редовима палих.

Чак и компаније које могу да развију ове нове чворове не могу да парирају добицима од генерације до генерације старијих чворова. Све је теже направити чипс гушће; ТСМЦ-ов 3нм чвор заправо није успео да смањи кеш меморију, што је катастрофално. И док се повећање густине сваке генерације смањује, производња постаје све скупља, што узрокује цена по транзистору стагнира још од 32нм, што отежава продају процесора по нижим ценама цене. Побољшања перформанси и ефикасности такође нису тако добра као што су била.

Све ово заједно је оно што означава смрт Муровог закона за људе. Не ради се само о томе да не успете да удвостручите транзисторе сваке две године; ради се о расту цена, ударању у зидове у перформансама и немогућности да се повећа ефикасност тако лако као раније. Ово је егзистенцијални проблем за целу рачунарску индустрију.

Како компаније испуњавају очекивања Муровог закона чак и док он умире

Иако је смрт Муровог закона неоспорно растући проблем, свака година доноси иновације од стране кључних играча, од којих многи проналазе начине да потпуно заобиђу производне проблеме који су годинама мучили индустрију. Док Муров закон говори о транзисторима, дух Муровог закона може се одржати живим само упознавањем са традиционалним побољшања перформанси од генерације до генерације, а индустрија има много алата на располагању, алата који чак нису ни постојали пре једне деценије.

АМД и Интелова технологија чиплета (коју Интел назива плочице) не само да је показала да испуњава очекивања перформанси Муровог закона, већ чак и очекивања транзистора. Иако је истина да један чип може бити само толико велик, теоретски можете додати пуно и пуно чипова једном процесору. Чиплет је у суштини мали чип који је упарен са другим чиповима да би се направио комплетан процесор. АМД-ово усвајање чиплета 2019. године омогућило је компанији да удвостручи број језгара које је нудила у десктоп рачунарима и серверима.

Поред тога, чиплети се могу специјализовати, и ту технологија заиста сија пред умирућим Муровим законом. Пошто се кеш меморија заправо не смањује на новијим чворовима, зашто не бисте ставили сав кеш на чиплетове користећи старије, јефтиније чворове и процесорска језгра на чиплетима са најновијим чвором? То је оно што АМД ради са својим 3Д В-Цацхе и његова меморијска кеш меморија умире (или МЦД) у врхунским РКС 7000 ГПУ-има као што је РКС 7900 КСТКС. Неке од најбољи процесори и најбољи ГПУ-ови од АМД-а не би било могуће без чиплета.

Нвидиа, с друге стране, с поносом је прогласио смрт Муровог закона и све је ставио на АИ. Убрзавањем радних оптерећења кроз Тенсор језгра која подржавају вештачку интелигенцију, перформансе се лако могу удвостручити или више, тако да Нвидиа уопште није дотакла чипове. Међутим, АИ је свакако софтверски интензивније решење. ДЛСС, Нвидијина технологија за повећање резолуције заснована на вештачкој интелигенцији, захтева труд и програмера игара и Нвидије за имплементацију у игрице, а ни ДЛСС није савршен.

Једина друга опција осим ове две је једноставно побољшати архитектуру процесора и добити више перформанси од истог броја транзистора. Овај пут је историјски био веома тежак за компаније да се спусте, а док су нове генерације процесори доносе архитектонска побољшања, повећање перформанси је обично једноцифрено процентима. Без обзира на то, можда ће бити неопходно да се дизајнери чипова од сада више фокусирају на архитектонске надоградње јер ово није само фаза.