Kuantumrun

KREDIT GAMBAR: Kuantumrun

Hukum Moore sing luntur kanggo ngrembug babagan mikrochip dhasar: Masa Depan Komputer P4

David Tal, Penerbit, Futurist
@DavidTalWrites
LinkedIn

Sel, 09/15/2020 - 15:39

Komputer-iku jenis masalah gedhe. Nanging supaya bisa ngormati tren anyar sing wis dicritakake ing seri Future of Computers, kita uga kudu ngerti revolusi sing mlayu mudhun ing pipa komputasi, utawa mung: masa depan microchip.

Kanggo ngilangi dhasar, kita kudu ngerti Hukum Moore, hukum sing saiki misuwur Dr. Gordon E. Moore didegaké ing taun 1965. Ateges, apa Moore temen maujud kabeh dekade kepungkur yaiku jumlah transistor ing sirkuit terpadu tikel kaping pindho. saben 18 nganti 24 sasi. Mulane komputer sing padha sampeyan tuku dina iki kanggo $1,000 bakal biaya sampeyan $500 rong taun saka saiki.

Luwih saka sèket taun, industri semikonduktor wis netepi garis tren gabungan hukum iki, mbukak dalan kanggo sistem operasi anyar, game video, video streaming, aplikasi seluler, lan saben teknologi digital liyane sing wis nemtokake budaya modern kita. Nanging nalika panjaluk wutah iki katon kaya bakal tetep mantep sajrone setengah abad liyane, silikon - bahan dasar kabeh microchip modern sing dibangun - ora katon kaya bakal nyukupi panjaluk kasebut luwih suwe liwat 2021 - miturut laporan pungkasan saka Peta Jalan Teknologi Internasional kanggo Semikonduktor (ITRS)

Iku fisika tenan: industri semikonduktor nyusut transistor kanggo skala atom, silikon skala bakal rauh ora cocok kanggo. Lan liyane industri iki nyoba kanggo nyilikake silikon liwat watesan optimal sawijining, saben évolusi microchip bakal dadi luwih larang.

Iki panggonan kita dina iki. Ing sawetara taun, silikon ora bakal dadi bahan sing larang regane kanggo mbangun microchip mutakhir generasi sabanjure. Watesan iki bakal meksa revolusi ing elektronika kanthi meksa industri semikonduktor (lan masyarakat) milih ing antarane sawetara opsi:

Opsi pisanan yaiku alon-alon, utawa mungkasi, pembangunan sing larang regane kanggo nggawe miniaturisasi silikon, supaya bisa nemokake cara anyar kanggo ngrancang microchip sing ngasilake daya pangolahan luwih akeh tanpa miniaturisasi tambahan.
Kapindho, temokake bahan anyar sing bisa dimanipulasi kanthi skala sing luwih cilik tinimbang silikon kanggo nambah jumlah transistor dadi microchip sing luwih padhet.
Katelu, tinimbang fokus ing miniaturisasi utawa dandan panggunaan daya, fokus maneh ing kacepetan pangolahan liwat nggawe prosesor sing khusus kanggo kasus panggunaan tartamtu. Iki bisa uga ateges tinimbang duwe siji chip generalis, komputer mangsa bisa duwe klompok chip spesialis. Conto kalebu Kripik grafis digunakake kanggo nambah video game kanggo Pambuka Google saka chip Tensor Processing Unit (TPU) sing duwe spesialisasi ing aplikasi machine learning.
Pungkasan, desain piranti lunak lan infrastruktur awan anyar sing bisa digunakake kanthi luwih cepet lan luwih efisien tanpa mbutuhake microchip sing luwih padhet/cilik.

Opsi endi sing bakal dipilih industri teknologi kita? Realistis: kabeh mau.

Garis urip kanggo Hukum Moore

Dhaptar ing ngisor iki minangka ringkesan ringkes babagan pesaing inovasi sing cedhak lan jangka panjang ing industri semikonduktor sing bakal digunakake kanggo njaga Hukum Moore. Bagian iki rada kandhel, nanging kita bakal nyoba supaya bisa diwaca.

Nanomaterial. Perusahaan semikonduktor utama, kaya Intel, wis ngumumake yen bakal nyelehake silikon yen wis tekan skala miniaturisasi pitung nanometer (7nm). Calon kanggo ngganti silikon kalebu indium antimonide (InSb), indium gallium arsenide (InGaAs), lan silikon-germanium (SiGe) nanging materi sing paling nyenengake katon yaiku nanotube karbon. Digawe saka grafit-dhewe tumpukan komposit saka materi ajaib, graphene-karbon nanotube bisa digawe atom kandel, banget konduktif, lan kira-kira nggawe microchip mangsa nganti kaping lima luwih cepet ing 2020.

Komputasi optik. Salah sawijining tantangan paling gedhe babagan ngrancang chip yaiku mesthekake yen elektron ora mlumpat saka transistor siji menyang transistor liyane - pertimbangan sing bakal dadi angel banget yen sampeyan mlebu level atom. Teknologi komputasi optik sing berkembang katon ngganti elektron nganggo foton, kanthi cahya (dudu listrik) ditransfer saka transistor menyang transistor. ing 2017, peneliti njupuk langkah raksasa menyang goal iki kanthi nuduhake kemampuan kanggo nyimpen informasi cahya-basis (foton) minangka gelombang swara ing chip komputer. Kanthi pendekatan iki, microchip bisa mlaku kanthi kacepetan cahya ing taun 2025.

Spintronics. Swara rong dekade ing pangembangan, transistor spintronic nyoba nggunakake 'spin' elektron tinimbang muatane kanggo makili informasi. Nalika isih adoh saka komersialisasi, yen ditanggulangi, wangun transistor iki mung mbutuhake 10-20 millivolts kanggo operate, atusan kaping cilik saka transistor conventional; iki uga bakal mbusak masalah overheating perusahaan semikonduktor ngadhepi nalika mrodhuksi Kripik tau cilik.

Komputasi Neuromorphic lan memristor. Pendekatan novel liyane kanggo ngrampungake krisis pangolahan sing bakal teka iki ana ing otak manungsa. Peneliti ing IBM lan DARPA, utamane, mimpin pangembangan microchip anyar - chip sing sirkuit terpadu dirancang kanggo niru pendekatan otak sing luwih desentralisasi lan non-linear kanggo komputasi. (Priksa iki Artikel ScienceBlogs kanggo luwih ngerti beda antarane otak manungsa lan komputer.) Asil awal nuduhake yen Kripik sing mimic otak ora mung Ngartekno luwih efisien, nanging padha operate nggunakake wattage temenan kurang saka microchips dina.

Nggunakake pendekatan modeling otak padha, transistor dhewe, pamblokiran bangunan proverbial microchip komputer, bisa rauh diganti dening memristor ing. Ushering ing jaman "ionics", memristor nawakake sawetara kaluwihan menarik liwat transistor tradisional:

Kaping pisanan, memristor bisa ngelingi aliran elektron sing ngliwati dheweke-sanajan daya dipateni. Diterjemahake, iki tegese sawijining dina sampeyan bisa nguripake komputer kanthi kacepetan sing padha karo bolam lampu.
Transistor minangka biner, 1s utawa 0s. Kangge, Memristor, bisa duwe macem-macem negara ing antarane ekstrem kasebut, kaya 0.25, 0.5, 0.747, lan sapiturute. kemungkinan.
Sabanjure, memristor ora butuh silikon supaya bisa digunakake, mbukak dalan kanggo industri semikonduktor kanggo eksprimen kanthi nggunakake bahan anyar kanggo nggawe miniatur microchip (kaya sing wis kasebut sadurunge).
Pungkasan, padha karo temuan sing digawe dening IBM lan DARPA menyang komputasi neuromorphic, microchip adhedhasar memristor luwih cepet, nggunakake energi sing luwih sithik, lan bisa nahan kapadhetan informasi sing luwih dhuwur tinimbang chip sing saiki ana ing pasar.

Kripik 3D. Microchip tradisional lan transistor sing bisa digunakake ing bidang datar loro-dimensi, nanging ing awal 2010s, perusahaan semikonduktor wiwit nyoba nambahake dimensi katelu ing chip kasebut. Disebut 'finFET', transistor anyar iki duwe saluran sing nempel saka permukaan chip, menehi kontrol sing luwih apik babagan apa sing kedadeyan ing saluran kasebut, supaya bisa mlaku meh 40 persen luwih cepet, lan nggunakake setengah energi. Kakurangan, Nanging, iku Kripik iki Ngartekno luwih angel (larang regane) kanggo gawé ing wayahe.

Nanging ngluwihi redesigning transistor individu, mangsa Kripik 3D uga ngarahake nggabungake komputasi lan panyimpenan data ing lapisan sing ditumpuk vertikal. Saiki, komputer tradisional duwe memori sing disimpen sentimeter saka prosesor. Nanging kanthi nggabungake komponen memori lan pangolahan, jarak iki mudhun saka centimeters menyang micrometers, mbisakake paningkatan gedhe ing kecepatan pangolahan lan konsumsi energi.

Komputasi kuantum. Nggoleki mangsa ngarep, akeh komputasi tingkat perusahaan bisa digunakake miturut hukum fisika kuantum sing aneh. Nanging, amarga pentinge jinis komputasi iki, kita menehi bab dhewe ing pungkasan seri iki.

Super microchips ora bisnis apik

Oke, dadi apa sing sampeyan waca ing ndhuwur kabeh apik lan apik - kita ngomong babagan microchip sing hemat energi sing dimodelake miturut otak manungsa sing bisa mlaku kanthi kacepetan cahya - nanging sing penting, industri nggawe chip semikonduktor ora. kebacut semangat kanggo nguripake konsep iki menyang kasunyatan massal-diprodhuksi.

Raksasa teknologi, kaya Intel, Samsung, lan AMD, wis nandur modal milyaran dolar sajrone pirang-pirang dekade kanggo ngasilake microchip berbasis silikon tradisional. Ngalih menyang salah sawijining konsep novel sing kacathet ing ndhuwur tegese mbuwang investasi kasebut lan mbuwang milyaran maneh kanggo mbangun pabrik anyar kanggo ngasilake model microchip anyar sing duwe rekor penjualan nol.

Ora mung investasi wektu lan dhuwit sing nyekel perusahaan semikonduktor kasebut. Panjaluk konsumen kanggo microchip sing luwih kuat uga saya suda. Coba pikirake: Sajrone taun 90-an lan paling akeh ing taun 00-an, meh diwenehi yen sampeyan bakal dagang ing komputer utawa telpon, yen ora saben taun, banjur saben taun liyane. Iki bakal ngidini sampeyan ngetutake kabeh piranti lunak lan aplikasi anyar sing metu kanggo nggawe urip omah lan kerja luwih gampang lan luwih apik. Dina iki, sepira kerepe sampeyan nganyarke menyang model desktop utawa laptop paling anyar ing pasar?

Yen sampeyan mikir babagan smartphone sampeyan, sampeyan duwe ing kanthong apa sing bakal dianggep minangka superkomputer mung 20 taun kepungkur. Kajaba saka keluhan babagan umur baterei lan memori, umume telpon sing dituku wiwit taun 2016 kanthi sampurna bisa mbukak aplikasi utawa game seluler, streaming video musik utawa sesi facetiming nakal karo SO sampeyan, utawa umume apa wae sing pengin sampeyan lakoni. telpon. Apa sampeyan pancene kudu nglampahi $ 1,000 utawa luwih saben taun kanggo nindakake iki 10-15 persen luwih apik? Punapa panjenengan malah sok dong mirsani prabédan?

Kanggo umume wong, jawabane ora.

Masa depan Hukum Moore

Ing jaman biyen, umume pendanaan investasi menyang teknologi semikonduktor asale saka belanja pertahanan militer. Banjur diganti dening produsen elektronik konsumen, lan ing taun 2020-2023, investasi sing mimpin menyang pangembangan microchip luwih akeh bakal ganti maneh, wektu iki saka industri khusus ing ngisor iki:

Isi Next-Gen. Introduksi piranti holografik, virtual lan augmented reality menyang masarakat umum bakal nyebabake panjaluk streaming data sing luwih gedhe, utamane amarga teknologi kasebut diwasa lan populer ing pungkasan taun 2020-an.
maya. Dijelasake ing bagean sabanjure seri iki.
Kendaraan otonom. Diterangake kanthi lengkap ing kita Masa Depan Transportasi seri.
Internet samubarang. Diterangake ing kita Internet iku bab ing kita Masa depan Internet seri.
Data gedhe lan analytics. Organisasi sing mbutuhake data crunching reguler-mikir militer, eksplorasi angkasa, ramalan cuaca, farmasi, logistik, etc-bakal terus nuntut komputer sing saya kuat kanggo nganalisa set data sing diklumpukake sing terus berkembang.

Pendanaan kanggo R&D menyang microchip generasi sabanjure bakal tansah ana, nanging pitakonan apa tingkat pendanaan sing dibutuhake kanggo wangun mikroprosesor sing luwih rumit bisa ngetutake panjaluk wutah saka Hukum Moore. Amarga biaya ngalih menyang lan komersialisasi bentuk microchip anyar, ditambah karo permintaan konsumen sing kalem, krisis anggaran pemerintah ing mangsa ngarep lan resesi ekonomi, kemungkinan Hukum Moore bakal alon utawa mandheg sedhela ing awal 2020-an, sadurunge njupuk maneh ing pungkasan. 2020s, awal 2030s.

Kanggo ngapa Hukum Moore bakal nambah kacepetan maneh, ayo ngomong yen microchips turbo ora mung siji-sijine revolusi sing mudhun ing pipa komputasi. Sabanjure ing seri Future of Computers, kita bakal njelajah tren sing nyebabake pangembangan komputasi awan.