Quantumrun

IMAHE CREDIT: Quantumrun

Usa ka nahanaw nga Balaod ni Moore aron mapukaw ang sukaranan nga paghunahuna pag-usab sa mga microchip: Umaabot sa Mga Kompyuter P4

David Tal, Publisher, Futurist
@DavidTalWrites
LinkedIn

Martes, 09/15/2020 - 15:39

Ang mga kompyuter—kini usa ka dako nga butang. Apan aron maapresyar gyud ang mga us aka us aka us aka us aka nahibal-an sa among umaabot nga serye sa Computers, kinahanglan usab namon nga masabtan ang mga rebolusyon nga nagdagan sa computational pipeline, o yano: ang kaugmaon sa microchips.

Aron makuha ang mga sukaranan, kinahanglan natong masabtan ang Balaod ni Moore, ang bantog na karon nga balaod nga gitukod ni Dr. Gordon E. Moore niadtong 1965. Sa esensya, ang naamgohan ni Moore niadtong mga dekada na ang milabay mao nga ang gidaghanon sa mga transistor sa usa ka integrated circuit nagdoble. matag 18 ngadto sa 24 ka bulan. Mao kini ang hinungdan nga ang sama nga kompyuter nga imong gipalit karon sa $1,000 mogasto kanimo og $500 duha ka tuig gikan karon.

Sulod sa kapin sa kalim-an ka tuig, ang industriya sa semiconductor mituman sa kini nga balaod nga nagkasagol nga trendline, nga nagbukas sa dalan alang sa mga bag-ong operating system, video game, streaming nga video, mobile apps, ug uban pang digital nga teknolohiya nga naghubit sa atong modernong kultura. Apan samtang ang panginahanglan alang sa kini nga pagtubo ingon nga kini magpabilin nga makanunayon alang sa usa pa ka tunga sa siglo, ang silicon — ang materyal nga bato nga gitukod sa tanan nga mga modernong microchip — dili ingon nga kini makatubag sa kana nga panginahanglan sa labi ka dugay nga milabay sa 2021 — sumala sa katapusang report gikan sa International Technology Roadmap para sa Semiconductor (ITRS)

Pisika gyud kini: ang industriya sa semiconductor nagpagamay sa mga transistor sa atomic scale, ang usa ka scale silicon sa dili madugay dili na angayan. Ug sa labi nga kini nga industriya naningkamot sa pagkunhod sa silicon lapas sa labing maayo nga mga limitasyon niini, mahimong labi ka mahal ang matag ebolusyon sa microchip.

Dinhi kita ania karon. Sa pipila ka mga tuig, ang silicon dili na usa ka gasto-epektibo nga materyal sa pagtukod sa sunod nga henerasyon sa mga cutting-edge microchips. Kini nga limitasyon magpugos sa usa ka rebolusyon sa electronics pinaagi sa pagpugos sa industriya sa semiconductor (ug katilingban) sa pagpili tali sa pipila ka mga kapilian:

Ang una nga kapilian mao ang pagpahinay, o pagtapos, mahal nga pag-uswag aron madugangan ang pag-miniaturize sa silicon, pabor sa pagpangita sa mga bag-ong pamaagi sa pagdesinyo sa mga microchips nga makamugna og dugang nga gahum sa pagproseso nga wala’y dugang nga miniaturization.
Ikaduha, pangitag bag-ong mga materyales nga mahimong manipulahon sa mas gagmay nga mga timbangan kay sa silicon aron mapuno ang mas daghang transistor ngadto sa mas dasok nga mga microchip.
Ikatulo, imbis nga mag-focus sa miniaturization o pagpaayo sa paggamit sa kuryente, ipunting pag-usab ang katulin sa pagproseso pinaagi sa paghimo og mga processor nga espesyal alang sa piho nga mga kaso sa paggamit. Mahimong ipasabot niini imbes nga adunay usa ka generalist chip, ang umaabot nga mga kompyuter mahimong adunay pundok sa mga specialist chips. Ang mga pananglitan naglakip sa mga graphic chip nga gigamit sa pagpaayo sa mga dula sa video Ang pasiuna sa Google sa Tensor Processing Unit (TPU) chip nga nag-espesyalisar sa mga aplikasyon sa pagkat-on sa makina.
Sa kataposan, pagdesinyo ug bag-ong software ug cloud infrastructure nga makalihok nga mas paspas ug mas episyente nga wala magkinahanglan ug mas dasok/gamay nga microchips.

Unsang kapilian ang pilion sa among industriya sa teknolohiya? Sa tinuud: silang tanan.

Ang linya sa kinabuhi alang sa Balaod ni Moore

Ang mosunud nga lista usa ka mubo nga pagtan-aw sa hapit ug dugay nga mga inobasyon nga mga kakompetensya sa sulod sa industriya sa semiconductor nga gamiton aron mapadayon nga buhi ang Balaod ni Moore. Kini nga bahin medyo dasok, apan among paningkamutan nga ipadayon kini nga mabasa.

Mga nanomaterial. Ang nanguna nga mga kompanya sa semiconductor, sama sa Intel, nagpahibalo na nga sila ihulog ang silicon sa higayon nga makaabot sila sa miniaturization scales nga pito ka nanometer (7nm). Ang mga kandidato nga mopuli sa silicon naglakip sa indium antimonide (InSb), indium gallium arsenide (InGaAs), ug silicon-germanium (SiGe) apan ang materyal nga nakakuha sa labing kahinam mao ang carbon nanotubes. Gibuhat gikan sa graphite-sa iyang kaugalingon usa ka composite stack sa katingalahan nga materyal, graphene-carbon nanotubes mahimo nga atomo baga, hilabihan conductive, ug gibana-bana nga makahimo sa umaabot nga microchips sa lima ka pilo nga mas paspas sa 2020.

Optical computing. Usa sa pinakadako nga mga hagit sa pagdesinyo sa mga chips mao ang pagsiguro nga ang mga electron dili molaktaw gikan sa usa ka transistor ngadto sa lain—usa ka konsiderasyon nga mahimong mas lisud sa higayon nga mosulod ka sa atomic level. Ang nag-uswag nga teknolohiya sa optical computing nagtan-aw sa pag-ilis sa mga electron sa mga photon, diin ang kahayag (dili elektrisidad) mapasa gikan sa transistor ngadto sa transistor. sa 2017, ang mga tigdukiduki mihimo ug dakong lakang paingon niini nga tumong pinaagi sa pagpakita sa katakos sa pagtipig sa impormasyon nga gibase sa kahayag (photon) ingong mga sound wave sa usa ka computer chip. Gamit kini nga pamaagi, ang mga microchip mahimong molihok duol sa katulin sa kahayag sa 2025.

Spintronics. Kapin sa duha ka dekada sa pag-uswag, ang spintronic transistors misulay sa paggamit sa 'spin' sa usa ka electron imbes sa bayad niini aron magrepresentar sa impormasyon. Samtang layo pa gikan sa komersyalisasyon, kung masulbad, kini nga porma sa transistor magkinahanglan lamang og 10-20 millivolts aron makalihok, gatusan ka pilo nga mas gamay kay sa naandan nga mga transistor; matangtang usab niini ang mga isyu sa sobrang pag-init nga giatubang sa mga kompanya sa semiconductor kung maghimo labi ka gagmay nga mga chips.

Neuromorphic computing ug memristors. Ang laing bag-ong pamaagi sa pagsulbad niining nagsingabot nga krisis sa pagproseso anaa sa utok sa tawo. Ang mga tigdukiduki sa IBM ug DARPA, ilabina, nanguna sa pagpalambo sa usa ka bag-ong matang sa microchip—usa ka chip kansang mga integrated circuit gidesinyo sa pagsundog sa mas desentralisado ug non-linear nga pamaagi sa utok sa pag-compute. (Tan-awa kini Artikulo sa ScienceBlogs aron mas masabtan ang mga kalainan tali sa utok sa tawo ug mga kompyuter.) Ang unang mga resulta nagpakita nga ang mga chips nga nagsundog sa utok dili lamang mas episyente, apan kini naglihok gamit ang dili katuohan nga mas ubos nga wattage kay sa mga microchips karon.

Gamit ang parehas nga pamaagi sa pagmodelo sa utok, ang transistor mismo, ang panultihon nga bloke sa pagtukod sa microchip sa imong kompyuter, mahimong pulihan sa dili madugay sa memristor. Pag-abut sa panahon sa "ionics", ang usa ka memristor nagtanyag daghang makapaikag nga mga bentaha sa tradisyonal nga transistor:

Una, ang mga memristor makahinumdom sa agos sa elektron nga moagi kanila—bisan kon ang kuryente maputol. Kung hubaron, kini nagpasabut nga usa ka adlaw mahimo nimong i-on ang imong computer sa parehas nga katulin sa imong bombilya.
Ang mga transistor binary, 1s o 0s. Ang mga memristor, sa laing bahin, mahimong adunay lainlaing mga estado taliwala sa mga labi, sama sa 0.25, 0.5, 0.747, ug uban pa. Kini naghimo sa mga memristor nga molihok nga parehas sa mga synapses sa atong utok, ug kana usa ka dako nga butang tungod kay mahimo kini magbukas sa usa ka lainlaing umaabot nga pag-compute. mga posibilidad.
Sunod, ang mga memristor wala magkinahanglan og silicon aron molihok, nga magbukas sa agianan alang sa industriya sa semiconductor nga mag-eksperimento sa paggamit sa bag-ong mga materyales aron sa dugang nga pag-miniaturize sa mga microchip (sama sa gilatid sa sayo pa).
Sa katapusan, susama sa mga nahibal-an nga gihimo sa IBM ug DARPA ngadto sa neuromorphic computing, ang mga microchip nga gibase sa memristors mas paspas, naggamit og gamay nga enerhiya, ug makakupot sa mas taas nga densidad sa impormasyon kay sa mga chips nga anaa karon sa merkado.

3D chips. Ang mga tradisyonal nga microchips ug ang mga transistor nga nagpalihok kanila naglihok sa usa ka patag, duha ka dimensyon nga eroplano, apan sa sayong bahin sa 2010, ang mga kompanya sa semiconductor nagsugod sa pag-eksperimento sa pagdugang usa ka ikatulo nga dimensyon sa ilang mga chips. Gitawag nga 'finFET', kini nga mga bag-ong transistor adunay usa ka channel nga mopilit gikan sa ibabaw sa chip, nga naghatag kanila og mas maayo nga pagkontrol sa kung unsa ang mahitabo sa ilang mga channel, nga nagtugot kanila sa pagdagan hapit 40 porsyento nga mas paspas, ug naglihok gamit ang katunga sa enerhiya. Ang downside, bisan pa, mao nga kini nga mga chips labi ka lisud (mahal) sa paghimo sa karon.

Apan lapas sa pagdesinyo pag-usab sa indibidwal nga mga transistor, umaabot 3D chips tumong usab sa pagkombinar sa computing ug pagtipig sa datos sa vertically stacked layers. Sa pagkakaron, ang tradisyonal nga mga kompyuter nagbutang sa ilang memory sticks centimeters gikan sa processor niini. Apan pinaagi sa paghiusa sa mga sangkap sa panumduman ug pagproseso, kini nga distansya mikunhod gikan sa sentimetro hangtod sa micrometres, nga makapaarang sa usa ka dako nga pag-uswag sa mga katulin sa pagproseso ug pagkonsumo sa enerhiya.

Pag-compute sa kwantum. Sa pagtan-aw sa umaabot, ang usa ka dako nga tipik sa lebel sa negosyo nga pag-compute mahimong molihok sa ilawom sa mga katingad-an nga balaod sa quantum physics. Bisan pa, tungod sa kahinungdanon sa kini nga klase sa pagkalkula, gihatagan namon kini nga kaugalingon nga kapitulo sa katapusan sa kini nga serye.

Ang mga super microchips dili maayong negosyo

Okay, mao nga kung unsa ang imong nabasa sa ibabaw maayo ug maayo-nag-istoryahanay kami nga ultra-episyente sa enerhiya nga mga microchip nga gimodelo sa utok sa tawo nga makadagan sa gikusgon sa kahayag-apan ang butang mao, ang industriya sa paghimo og semiconductor chip dili. sobra nga kahinam nga himuon kini nga mga konsepto nga usa ka realidad nga gihimo sa kadaghanan.

Ang mga higante sa teknolohiya, sama sa Intel, Samsung, ug AMD, namuhunan na og binilyon nga dolyar sulod sa mga dekada aron makahimo og tradisyonal, mga microchip nga nakabase sa silicon. Ang pagbalhin sa bisan unsang nobela nga mga konsepto nga nahisgutan sa taas nagpasabut nga tangtangon ang mga pamuhunan ug paggasto og bilyon-bilyon pa sa pagtukod og mga bag-ong pabrika aron makagama og daghang bag-ong mga modelo sa microchip nga adunay record sa pagpamaligya nga zero.

Dili lang ang pagpamuhunan sa oras ug salapi ang nagpugong niining mga kompanya sa semiconductor. Ang panginahanglan sa mga konsumedor alang sa labi ka kusgan nga microchips nagkahinay usab. Hunahunaa kini: Sa panahon sa 90s ug kadaghanan sa 00s, hapit usa ka gihatag nga imong ibaligya ang imong kompyuter o telepono, kung dili matag tuig, unya matag tuig. Makatugot kini kanimo nga makapadayon sa tanan nga bag-ong software ug aplikasyon nga nanggawas aron mahimo ang imong kinabuhi sa balay ug trabaho nga labi kadali ug labi ka maayo. Karong mga adlawa, unsa ka sagad ka mag-upgrade sa pinakabag-o nga modelo sa desktop o laptop sa merkado?

Kung maghunahuna ka sa imong smartphone, naa sa imong bulsa kung unsa ang giisip nga usa ka supercomputer 20 ka tuig na ang milabay. Gawas sa mga reklamo bahin sa kinabuhi sa baterya ug memorya, kadaghanan sa mga telepono nga gipalit sukad sa 2016 hingpit nga makahimo sa pagpadagan sa bisan unsang app o mobile game, sa pag-streaming sa bisan unsang music video o naughty facetiming session sa imong SO, o kadaghanan sa bisan unsa nga gusto nimong buhaton sa imong telepono. Kinahanglan ba gyud nimo nga mogasto og $1,000 o labaw pa kada tuig aron mahimo kining mga butanga nga 10-15 porsyento nga mas maayo? Mamatikdan ba nimo ang kalainan?

Alang sa kadaghanan sa mga tawo, ang tubag dili.

Ang kaugmaon sa Balaod ni Moore

Kaniadto, kadaghanan sa pondo sa pamuhunan sa semiconductor tech naggikan sa paggasto sa depensa sa militar. Gipulihan kini sa mga tiggama sa consumer electronics, ug sa 2020-2023, ang nanguna nga pagpamuhunan sa dugang nga pag-uswag sa microchip mobalhin pag-usab, niining panahona gikan sa mga industriya nga espesyalista sa mga musunud:

Next-Gen nga sulod. Ang umaabot nga pagpaila sa holographic, virtual ug augmented reality nga mga aparato sa kinatibuk-ang publiko mag-aghat sa usa ka mas dako nga panginahanglan alang sa data streaming, ilabi na nga kini nga mga teknolohiya mohamtong ug motubo sa pagkapopular sa ulahing bahin sa 2020s.
Cloud computing. Gipatin-aw sa sunod nga bahin niini nga serye.
Awto nga awto. Gipasabot pag-ayo sa atong Kaugmaon sa Transportasyon sunod-sunod nga.
Internet sa mga butang. Gipasabot sa atong Internet sa mga Butang kapitulo sa atong Kaugmaon sa Internet sunod-sunod nga.
Daghang datos ug analytics. Ang mga organisasyon nga nanginahanglan kanunay nga pag-crunch sa datos-hunahunaa ang militar, eksplorasyon sa kawanangan, mga forecaster sa panahon, mga parmasyutika, logistik, ug uban pa-magpadayon sa pagpangayo sa labi ka kusgan nga mga kompyuter aron analisahon ang ilang nagkalapad nga mga set sa nakolekta nga datos.

Ang pagpondo alang sa R&D ngadto sa sunod nga henerasyon nga mga microchips kanunay nga anaa, apan ang pangutana mao kung ang lebel sa pondo nga gikinahanglan alang sa mas komplikado nga mga porma sa microprocessors makasunod sa mga panginahanglan sa pagtubo sa Balaod ni Moore. Tungod sa gasto sa pagbalhin ngadto ug pagkomersiyal sa bag-ong mga porma sa microchips, inubanan sa hinay nga panginahanglan sa mga konsumidor, umaabot nga budget crunches sa gobyerno ug economic recession, ang posibilidad nga ang Moore's Law mohinay o mohunong sa makadiyot sa sayong bahin sa 2020s, sa dili pa mabawi sa ulahing bahin sa 2020s, sayo sa 2030s.

Kon nganong mokusog pag-usab ang Balaod ni Moore, aw, ingnon ta nga ang turbo-powered microchips dili lamang ang rebolusyon nga moabut sa pipeline sa computing. Sunod sa among umaabot nga serye sa Computers, among tukion ang mga uso nga nagpadako sa pagtubo sa cloud computing.