Quantumrun

KREDI IMAJ: Quantumrun

Yon lwa Moore ki pèdi koulè pou pwovoke yon repanse fondamantal sou mikrochip: Future of Computers P4

David Tal, Piblikatè, Futurist
@DavidTalWrites
LinkedIn

Mardi, 09/15/2020 - 15:39

Òdinatè-yo se kalite yon gwo zafè. Men, pou vrèman apresye tandans émergentes nou te fè konnen byen lwen tèlman nan seri Future of Computers nou an, nou bezwen tou konprann revolisyon k ap kouri nan tiyo enfòmatik la, oswa tou senpleman: avni mikrochip yo.

Pou jwenn baz yo soti nan wout la, nou dwe konprann Lwa Moore a, lwa ki pi popilè kounye a Doktè Gordon E. Moore te fonde an 1965. Esansyèlman, sa Moore te reyalize tout sa yo dè dekad de sa se ke kantite tranzistò nan yon sikwi entegre double. chak 18 a 24 mwa. Se poutèt sa menm òdinatè ou achte jodi a pou $1,000 ap koute ou $500 de zan.

Pandan plis pase senkant ane, endistri semi-conducteurs la te viv ann amoni ak tandans konpoze lwa sa a, ki te prepare wout la pou nouvo sistèm operasyon yo, jwèt videyo, videyo difizyon, aplikasyon pou mobil, ak tout lòt teknoloji dijital ki te defini kilti modèn nou an. Men, pandan ke demann lan pou kwasans sa a parèt tankou li pral rete fiks pou yon lòt mwatye syèk ankò, Silisyòm—materyèl soubasman tout mikrochip modèn yo bati a—pa parèt tankou li pral satisfè demann sa a pou pi lontan pase 2021—dapre a. dènye rapò ki soti nan Plan Teknoloji Entènasyonal pou Semiconductors (ITRS)

Li nan fizik reyèlman: endistri semi-conducteurs ap retresi tranzistò nan echèl atomik la, yon Silisyòm echèl pral byento pa apwopriye pou. Ak plis endistri sa a ap eseye retresi Silisyòm pase limit optimal li yo, pi chè chak evolisyon microchip ap vin.

Sa a se kote nou ye jodi a. Nan kèk ane, Silisyòm p ap tounen yon materyèl pri-efikas pou konstwi pwochen jenerasyon microchips dènye kri. Limit sa a pral fòse yon revolisyon nan elektwonik pa fòse endistri semi-conducteurs (ak sosyete a) yo chwazi ant kèk opsyon:

Premye opsyon a se ralanti, oswa fini, devlopman ki koute chè pou plis miniaturize Silisyòm, an favè jwenn nouvo fason yo konsepsyon mikrochip ki jenere plis pouvwa pwosesis san miniaturizasyon adisyonèl.
Dezyèmman, jwenn nouvo materyèl ki ka manipile nan echèl ki pi piti pase Silisyòm pou mete pi gwo kantite tranzistò nan mikrochip ki pi dans.
Twazyèmman, olye pou yo konsantre sou miniaturizasyon oswa amelyorasyon itilizasyon pouvwa, rekonsantre sou vitès pwosesis la atravè kreye processeurs ki espesyalize pou ka itilizasyon espesifik. Sa ka vle di olye pou yo gen yon sèl chip jeneralis, òdinatè nan lavni ka gen yon gwoup chip espesyalis. Egzanp yo enkli chips grafik yo itilize pou amelyore jwèt videyo yo Entwodiksyon Google la nan chip nan Inite Pwosesis Tensor (TPU) ki espesyalize nan aplikasyon aprantisaj machin.
Finalman, konsepsyon nouvo lojisyèl ak enfrastrikti nwaj ki ka opere pi vit ak pi efikas san yo pa bezwen microchips pi dans/pi piti.

Ki opsyon endistri teknoloji nou an pral chwazi? Reyalistik: tout nan yo.

Sovtaj la pou Lwa Moore

Lis sa a se yon ti apèsi sou inovasyon tou pre ak alontèm konpetitè nan endistri semi-conducteurs pral itilize pou kenbe Lwa Moore vivan. Pati sa a se yon ti jan dans, men nou pral eseye kenbe li lizib.

nanomateryo. Dirijan konpayi semi-conducteurs, tankou Intel, te deja anonse ke yo pral gout Silisyòm yon fwa yo rive nan echèl miniaturizasyon sèt nanomèt (7nm). Kandida pou ranplase Silisyòm gen ladan antimonid Endyòm (InSb), Arsenide Endyòm Galyòm (InGaAs), ak Silisyòm-jèmanyòm (SiGe), men materyèl ki ap vin pi eksitasyon an parèt yo dwe nanotub kabòn. Te fè soti nan grafit-li menm yon pil konpoze nan materyèl la mèvèy, grafèn-kabòn nanotub ka fè atòm epè, yo trè kondiktif, epi yo estime yo fè mikrochip nan lavni jiska senk fwa pi vit pa 2020.

Enfòmatik optik. Youn nan pi gwo defi alantou konsepsyon chips se asire ke elektwon pa sote soti nan yon tranzistò nan yon lòt-yon konsiderasyon ki vin enfiniman pi difisil yon fwa ou antre nan nivo atomik la. Teknoloji kap parèt nan informatique optik sanble ranplase elektwon ak foton, kidonk limyè (pa elektrisite) vin pase soti nan tranzistò a tranzistò. nan 2017, chèchè yo te fè yon etap jeyan nan direksyon objektif sa a lè yo demontre kapasite nan estoke enfòmasyon ki baze sou limyè (foton) kòm vag son sou yon chip òdinatè. Sèvi ak apwòch sa a, microchips te kapab opere tou pre vitès limyè a pa 2025.

Spintronics. Plis pase de deseni nan devlopman, tranzistò spintronik eseye sèvi ak 'viwo' yon elèktron olye pou yo chaj li yo reprezante enfòmasyon. Pandan ke yo toujou yon fason lontan soti nan komèsyalizasyon, si yo rezoud, fòm sa a nan tranzistò pral sèlman bezwen 10-20 milivolts yo opere, dè santèn de fwa pi piti pase tranzistò konvansyonèl yo; sa a ta tou retire pwoblèm surchof konpayi semi-conducteurs fè fas a lè yo pwodwi bato ki pi piti toujou.

Enfòmatik neromòfik ak memristè. Yon lòt apwòch roman pou rezoud kriz pwosesis kap vini sa a se nan sèvo imen an. Chèchè nan IBM ak DARPA, an patikilye, ap dirije devlopman nan yon nouvo kalite mikrochip-yon chip ki gen sikui entegre yo fèt pou imite apwòch ki pi desantralize ak ki pa lineyè nan sèvo a nan informatique. (Tcheke sa a ScienceBlogs atik pi byen konprann diferans ki genyen ant sèvo imen an ak òdinatè yo.) Rezilta bonè yo endike ke chips ki imite sèvo a se pa sèlman siyifikativman pi efikas, men yo opere lè l sèvi avèk enkwayab mwens pouvwa pase microchips jou aktyèl la.

Sèvi ak menm apwòch modèl sèvo sa a, tranzistò a li menm, blòk bilding pwovèb nan mikrochip òdinatè w lan, ka byento ranplase pa memristor la. Inogirasyon nan epòk "ionics", yon memristor ofri yon kantite avantaj enteresan sou tranzistò tradisyonèl la:

Premyèman, memristors ka sonje koule elèktron ki pase nan yo-menm si pouvwa a koupe. Tradui, sa vle di yon jou ou ka limen òdinatè w lan nan menm vitès ak anpoul ou.
Tranzistò yo se binè, swa 1s oswa 0s. Memristors, pandan se tan, ka gen yon varyete eta ant ekstrèm sa yo, tankou 0.25, 0.5, 0.747, elatriye. Sa fè memristors opere menm jan ak sinaps yo nan sèvo nou an, e sa se yon gwo zafè paske li ta ka louvri yon seri de fiti informatique. posiblite yo.
Apre sa, memristors pa bezwen Silisyòm pou fonksyone, louvri chemen an pou endistri semi-conducteurs pou fè eksperyans ak lè l sèvi avèk nouvo materyèl pou plis miniaturize microchips (jan dekri pi bonè).
Finalman, menm jan ak rezilta IBM ak DARPA te fè nan informatique neuromorphic, microchips ki baze sou memristors yo pi vit, sèvi ak mwens enèji, epi yo ka kenbe yon dansite enfòmasyon ki pi wo pase chips kounye a sou mache a.

chips 3D. Mikwochip tradisyonèl yo ak tranzistò ki bay pouvwa yo opere sou yon plan plat, ki genyen de dimansyon, men nan kòmansman ane 2010 yo, konpayi semi-conducteurs yo te kòmanse fè eksperyans ak ajoute yon twazyèm dimansyon nan chips yo. Yo rele 'finFET', nouvo tranzistò sa yo gen yon kanal ki soti nan sifas chip la, ki ba yo pi bon kontwòl sou sa k ap pase nan chanèl yo, ki pèmèt yo kouri prèske 40 pousan pi vit, epi opere lè l sèvi avèk mwatye enèji a. Inconvénient la, sepandan, se ke chips sa yo siyifikativman pi difisil (krè) yo pwodwi nan moman sa a.

Men, pi lwen pase reamenaje tranzistò endividyèl yo, nan lavni chips 3D tou vize konbine informatique ak depo done nan kouch vètikal anpile. Kounye a, òdinatè tradisyonèl yo kay baton memwa yo santimèt soti nan processeur li yo. Men, lè w entegre konpozan memwa ak pwosesis, distans sa a desann soti nan santimèt ak mikromèt, sa ki pèmèt yon amelyorasyon jeyan nan vitès pwosesis ak konsomasyon enèji.

Kwantik informatique. Gade pi lwen nan tan kap vini an, yon gwo moso nan informatique nivo antrepriz ta ka opere anba lwa yo bizar nan fizik pwopòsyon. Sepandan, akòz enpòtans sa a jan de informatique, nou te ba li pwòp chapit nan fen seri sa a.

Super microchips yo pa bon biznis

Oke, se konsa sa ou li pi wo a se tout byen ak bon-n ap pale ultra enèji-efikas microchips modle apre sèvo imen an ki ka kouri nan vitès la nan limyè-men bagay la se, semi-conducteurs chip-fè endistri a se pa. tro anvi fè konsèp sa yo tounen yon reyalite an mas.

Gwo teknoloji, tankou Intel, Samsung, ak AMD, te deja envesti plizyè milya dola pandan plizyè dizèn ane pou pwodui mikrochip tradisyonèl ki baze sou Silisyòm. Chanje nan nenpòt nan konsèp roman yo te note pi wo a ta vle di demolisyon envèstisman sa yo ak depanse dè milya plis nan konstwi nouvo faktori yo pwodwi an mas nouvo modèl mikrochip ki gen yon dosye lavant nan zewo.

Se pa sèlman tan ak lajan envestisman ki kenbe konpayi semi-conducteurs sa yo tounen. Demann konsomatè pou microchips ki pi pwisan toujou ap diminye tou. Reflechi sou li: Pandan ane 90 yo ak pi fò nan ane 00 yo, li te prèske yon bay ke ou ta komès nan òdinatè w lan oswa telefòn, si se pa chak ane, Lè sa a, chak lòt ane. Sa a ta kite ou kenbe ak tout nouvo lojisyèl ak aplikasyon ki t ap soti pou fè lavi lakay ou ak travay ou pi fasil ak pi bon. Jou sa yo, konbyen fwa ou ajou ak dènye modèl Desktop oswa laptop sou mache a?

Lè ou panse a smartphone ou, ou gen nan pòch ou sa ki ta te konsidere kòm yon supercomputer jis 20 ane de sa. Apa de plent sou lavi batri a ak memwa, pifò telefòn yo te achte depi 2016 yo parfe kapab kouri nenpòt aplikasyon oswa jwèt mobil, difize nenpòt videyo mizik oswa sesyon vakabon Facetiming ak SO ou a, oswa pifò nenpòt lòt bagay ou ta vle fè sou ou. telefòn. Èske ou reyèlman bezwen depanse $1,000 oswa plis chak ane pou fè bagay sa yo 10-15 pousan pi byen? Èske ou ta menm remake diferans lan?

Pou pifò moun, repons lan se non.

Lavni Lwa Moore

Nan tan lontan an, pifò finansman envestisman nan teknoloji semi-conducteurs te soti nan depans defans militè yo. Lè sa a, li te ranplase pa manifaktirè elektwonik konsomatè yo, epi pa 2020-2023, dirijan envestisman nan plis devlopman mikrochip pral chanje ankò, fwa sa a soti nan endistri ki espesyalize nan sa ki annapre yo:

Next-Gen kontni. Entwodiksyon k ap vini an nan aparèy reyalite olografik, vityèl ak ogmante bay piblik la an jeneral pral ankouraje yon pi gwo demann pou difizyon done, espesyalman lè teknoloji sa yo matirite ak grandi nan popilarite nan fen ane 2020 yo.
Nwaj informatique. Eksplike nan pwochen pati nan seri sa a.
Machin Otonòm yo. Eksplike byen nan nou an Lavni nan transpò seri.
Entènèt bagay yo. Eksplike nan nou an Entènèt nan Bagay chapit nan nou an Avni entènèt la seri.
Gwo done ak analytics. Òganizasyon ki mande regilye done crunching-panse ke militè a, eksplorasyon espas, pwediktè metewolojik, pharmaceutique, lojistik, elatriye-ap kontinye mande òdinatè de pli zan pli pwisan pou analize seri done yo kolekte tout tan elaji.

Finansman pou R&D nan pwochen jenerasyon mikwochip yo ap toujou egziste, men kesyon an se si nivo finansman ki nesesè pou fòm mikwoprosesè ki pi konplèks yo ka kenbe ak demann kwasans Lwa Moore a. Etandone pri pou chanje ak komèrsyalize nouvo fòm mikrochip yo, ansanm ak demann konsomatè yo ralanti, kriz bidjè gouvènman an nan lavni ak resesyon ekonomik, gen anpil chans pou Lwa Moore a pral ralanti oswa kanpe yon ti tan nan kòmansman ane 2020 yo, anvan yo reprann nan fen fen. ane 2020 yo, kòmansman ane 2030 yo.

Kòm pou poukisa Lwa Moore a pral pran vitès ankò, byen, an n jis di ke microchips turbo ki mache ak pisans yo se pa sèlman revolisyon k ap desann tiyo a informatique. Apre sa, nan seri Future of Computers nou an, nou pral eksplore tandans yo ki pouse kwasans cloud computing.