Quantumrun

KREDITU TAL-IMMAĠNI: Quantumrun

Il-Liġi ta' Moore li qed tgħib biex tqanqal ħsieb mill-ġdid fundamentali tal-mikroċipep: Futur tal-Kompjuters P4

David Tal, Pubblikatur, Futurist
@DavidTalWrites
LinkedIn

It-Tlieta, 09/15/2020 - 15:39

Kompjuters—huma xi ħaġa kbira. Iżda biex napprezzaw verament ix-xejriet emerġenti li s'issa ħjielna fis-serje tagħna Future of Computers, irridu nifhmu wkoll ir-rivoluzzjonijiet li qed jinżlu fil-pipeline tal-komputazzjoni, jew sempliċiment: il-futur tal-mikroċipep.

Biex inneħħu l-affarijiet bażiċi, irridu nifhmu l-Liġi ta’ Moore, il-liġi issa famuża li Dr Gordon E. Moore twaqqfet fl-1965. Essenzjalment, dak li Moore induna dawk l-għexieren ta’ snin kollha ilu huwa li n-numru ta’ transistors f’ċirkwit integrat jirdoppja kull 18 sa 24 xahar. Huwa għalhekk li l-istess kompjuter li tixtri llum għal $1,000 se jiswik $500 sentejn minn issa.

Għal aktar minn ħamsin sena, l-industrija tas-semikondutturi laħqet il-linja tat-tendenza ta' komposti ta' din il-liġi, u witta t-triq għas-sistemi operattivi ġodda, logħob tal-kompjuter, vidjow streaming, apps mobbli, u kull teknoloġija diġitali oħra li ddefiniet il-kultura moderna tagħna. Iżda filwaqt li d-domanda għal dan it-tkabbir tidher li se tibqa' stabbli għal nofs seklu ieħor, is-silikon—il-materjal tas-sodda tal-blat li l-mikrochips moderni kollha huma mibnija bih—ma jidhirx li se jissodisfa dik id-domanda għal ħafna itwal li għadda mill-2021—skond il- l-aħħar rapport mill- Pjan Direzzjonali Internazzjonali tat-Teknoloġija għas-Semikondutturi (ITRS)

Hija l-fiżika tassew: l-industrija tas-semikondutturi qed tnaqqas it-transisters għall-iskala atomika, iskala tas-silikon dalwaqt ma tkunx tajba għaliha. U aktar ma din l-industrija tipprova tnaqqas is-silikon wara l-limiti ottimali tagħha, iktar issir għalja kull evoluzzjoni tal-mikroċippa.

Dan huwa fejn ninsabu llum. Fi ftit snin, is-silikon mhux se jibqa 'materjal kosteffettiv biex tinbena l-ġenerazzjoni li jmiss ta' mikroċipps avvanzati. Dan il-limitu se jġiegħel rivoluzzjoni fl-elettronika billi jġiegħel lill-industrija tas-semikondutturi (u s-soċjetà) tagħżel bejn ftit għażliet:

L-ewwel għażla hija li tnaqqas, jew ittemm, l-iżvilupp għali biex ikompli jimminaturizza s-silikon, favur is-sejba ta 'modi ġodda biex jitfasslu mikroċipps li jiġġeneraw aktar qawwa ta' pproċessar mingħajr minjaturizzazzjoni addizzjonali.
It-tieni, sib materjali ġodda li jistgħu jiġu mmanipulati fi skali ferm iżgħar mis-silikon biex timla għadd dejjem akbar ta 'transistors f'mikroċipps saħansitra aktar densi.
It-tielet nett, minflok ma tiffoka fuq il-minjaturizzazzjoni jew it-titjib tal-użu tal-enerġija, tiffoka mill-ġdid fuq il-veloċità tal-ipproċessar permezz tal-ħolqien ta 'proċessuri li huma speċjalizzati għal każijiet speċifiċi ta' użu. Dan jista' jfisser li minflok ma jkollhom ċippa waħda ġeneralista, kompjuters futuri jista' jkollhom grupp ta' ċipep speċjalizzati. Eżempji jinkludu ċipep tal-grafika użati biex itejbu l-logħob tal-kompjuter L-introduzzjoni ta' Google taċ-ċippa tat-Tensor Processing Unit (TPU) li tispeċjalizza fl-applikazzjonijiet tat-tagħlim tal-magni.
Fl-aħħarnett, iddisinja softwer ġdid u infrastruttura tal-cloud li jistgħu joperaw aktar malajr u b'mod aktar effiċjenti mingħajr il-bżonn ta' mikroċipps aktar densi/iżgħar.

Liema għażla se tagħżel l-industrija tat-teknoloġija tagħna? Realistikament: kollha kemm huma.

Il-linja ta 'salvataġġ għal-Liġi ta' Moore

Il-lista li ġejja hija ħarsa qasira lejn l-innovazzjonijiet qrib u fit-tul li l-kompetituri fl-industrija tas-semikondutturi se jużaw biex iżommu l-Liġi ta’ Moore ħajja. Din il-parti hija daqsxejn densa, iżda aħna nippruvaw inżommuha tinqara.

Nanomaterjali. Kumpaniji ewlenin tas-semikondutturi, bħal Intel, diġà ħabbru li se qatra silikon ladarba jilħqu skali ta' minjaturizzazzjoni ta' seba' nanometri (7nm). Il-kandidati biex jissostitwixxu s-silikon jinkludu indium antimonide (InSb), indium gallium arsenide (InGaAs), u silikon-germanju (SiGe) iżda l-materjal li qed jikseb l-aktar eċċitament jidher li huwa nanotubi tal-karbonju. Magħmula mill-grafita—innfisha munzell kompost tal-materjal wonder, graphene—nanotubi tal-karbonju jistgħu jsiru atomi ħoxnin, huma estremament konduttivi, u huma stmati li jagħmlu mikroċipps futuri sa ħames darbiet aktar mgħaġġla sal-2020.

Kompjuter ottiku. Waħda mill-akbar sfidi madwar id-disinn taċ-ċipep hija li tiżgura li l-elettroni ma jaqbżux minn transistor għal ieħor—konsiderazzjoni li ssir infinitament aktar diffiċli ladarba tidħol fil-livell atomiku. It-teknoloġija emerġenti tal-kompjuters ottiċi tfittex li tissostitwixxi l-elettroni b'fotoni, fejn id-dawl (mhux l-elettriku) jgħaddi minn transistor għal transistor. fil 2017, ir-riċerkaturi għamlu pass ta 'ġgant lejn dan il-għan billi wrew il-kapaċità li jaħżnu informazzjoni bbażata fuq id-dawl (fotoni) bħala mewġ tal-ħoss fuq ċippa tal-kompjuter. Bl-użu ta’ dan l-approċċ, il-mikroċipep jistgħu joperaw qrib il-veloċità tad-dawl sal-2025.

Spintronics. Matul għoxrin sena fl-iżvilupp, transistors spintronic jippruvaw jużaw il-'spin' ta 'elettron minflok iċ-ċarġ tiegħu biex jirrappreżentaw l-informazzjoni. Filwaqt li għadha 'l bogħod mill-kummerċjalizzazzjoni, jekk tiġi solvuta, din il-forma ta' transistor se teħtieġ biss 10-20 millivolts biex topera, mijiet ta 'darbiet iżgħar minn transisters konvenzjonali; dan ineħħi wkoll il-kwistjonijiet ta' sħana żejda li l-kumpaniji tas-semikondutturi jiffaċċjaw meta jipproduċu ċipep dejjem iżgħar.

Kompjuter newromorfiku u memristors. Approċċ ġdid ieħor biex tissolva din il-kriżi tal-ipproċessar imminenti tinsab fil-moħħ tal-bniedem. Riċerkaturi fl-IBM u DARPA, b'mod partikolari, qed imexxu l-iżvilupp ta 'tip ġdid ta' mikroċipp-ċippa li ċ-ċirkwiti integrati tagħha huma ddisinjati biex jimitaw l-approċċ aktar deċentralizzat u mhux lineari tal-moħħ għall-kompjuters. (Iċċekkja dan Artiklu ScienceBlogs biex jifhmu aħjar id-differenzi bejn il-moħħ tal-bniedem u l-kompjuters.) Ir-riżultati bikrija jindikaw li ċipep li jimitaw il-moħħ mhux biss huma aktar effiċjenti b'mod sinifikanti, iżda joperaw bl-użu ta 'wattage inkredibbilment inqas minn mikroċipps ta' jum kurrenti.

Bl-użu ta 'dan l-istess approċċ ta' mmudellar tal-moħħ, it-transistor innifsu, il-blokka tal-bini proverbjali tal-mikroċipp tal-kompjuter tiegħek, dalwaqt jista 'jiġi sostitwit mill-memristor. Fl-era tal-"joniċi", memristor joffri għadd ta' vantaġġi interessanti fuq it-transistor tradizzjonali:

L-ewwel, memristors jistgħu jiftakru l-fluss ta 'l-elettroni li jgħaddi minnhom—anke jekk tinqata' l-enerġija. Tradott, dan ifisser li xi darba tista' tixgħel il-kompjuter tiegħek bl-istess veloċità bħall-bozza tad-dawl tiegħek.
It-transisters huma binarji, jew 1s jew 0s. Sadanittant, il-memristors jista 'jkollhom varjetà ta' stati bejn dawk l-estremi, bħal 0.25, 0.5, 0.747, eċċ. Dan jagħmel il-memristors joperaw simili għas-sinapsi f'imħuħ tagħna, u dan huwa xi ħaġa kbira peress li jista 'jiftaħ firxa ta' kompjuters futuri. possibbiltajiet.
Sussegwentement, il-memristors m'għandhomx bżonn is-silikon biex jiffunzjonaw, u jiftħu t-triq għall-industrija tas-semikondutturi biex tesperimenta bl-użu ta 'materjali ġodda biex ikompli jimminiaturizza l-mikroċipep (kif deskritt qabel).
Fl-aħħarnett, simili għas-sejbiet magħmula minn IBM u DARPA fil-kompjuters newromorfiċi, mikroċipps ibbażati fuq memristors huma aktar mgħaġġla, jużaw inqas enerġija, u jistgħu jżommu densità ta 'informazzjoni ogħla minn ċipep bħalissa fis-suq.

Ċipep 3D. Mikrochips tradizzjonali u t-transistors li jħaddmuhom joperaw fuq pjan ċatt u bidimensjonali, iżda fil-bidu tas-snin 2010, il-kumpaniji tas-semikondutturi bdew jesperimentaw biż-żieda tat-tielet dimensjoni għaċ-ċipep tagħhom. Imsejħa 'finFET', dawn it-transistors ġodda għandhom kanal li jeħel mill-wiċċ taċ-ċippa, li jagħtihom kontroll aħjar fuq dak li jseħħ fil-kanali tagħhom, li jippermettilhom jaħdmu kważi 40 fil-mija aktar malajr, u joperaw bl-użu ta 'nofs l-enerġija. L-iżvantaġġ, madankollu, huwa li dawn iċ-ċipep huma ferm aktar diffiċli (jiswew ħafna flus) biex jiġu prodotti fil-mument.

Iżda lil hinn mill-ġdid id-disinn tat-transisters individwali, futur Ċipep 3D jimmiraw ukoll li jgħaqqdu l-kompjuters u l-ħażna tad-dejta f'saffi f'munzelli vertikalment. Bħalissa, il-kompjuters tradizzjonali jospitaw il-stikek tal-memorja tagħhom ċentimetri mill-proċessur tiegħu. Iżda bl-integrazzjoni tal-memorja u l-komponenti tal-ipproċessar, din id-distanza tinżel minn ċentimetri għal mikrometri, li tippermetti titjib ġgant fil-veloċitajiet tal-ipproċessar u l-konsum tal-enerġija.

Komputazzjoni kwantistika. Meta wieħed iħares aktar lejn il-futur, biċċa kbira ta 'kompjuters fil-livell ta' intrapriża tista 'topera taħt il-liġijiet freaky tal-fiżika kwantistika. Madankollu, minħabba l-importanza ta 'dan it-tip ta' kompjuters, tajna l-kapitolu tiegħu stess fl-aħħar nett ta 'din is-serje.

Super microchips mhumiex negozju tajjeb

Tajjeb, allura dak li taqra hawn fuq huwa kollox tajjeb u tajjeb—qed nitkellmu mikroċipep ultra effiċjenti fl-enerġija mmudellati wara l-moħħ tal-bniedem li jista’ jaħdem bil-veloċità tad-dawl—iżda l-ħaġa hija, l-industrija li tagħmel iċ-ċippa tas-semikondutturi mhix ħerqana żżejjed biex jibdlu dawn il-kunċetti f’realtà prodotta bil-massa.

Ġganti teknoloġiċi, bħal Intel, Samsung, u AMD, diġà investew biljuni ta 'dollari fuq għexieren ta' snin biex jipproduċu mikroċipps tradizzjonali bbażati fuq is-silikon. It-trasferiment għal kwalunkwe kunċett ġdid innutat hawn fuq ikun ifisser li dawk l-investimenti jiġu skrappjati u jonfqu biljuni aktar fuq il-bini ta’ fabbriki ġodda biex jipproduċu b’massa mudelli ġodda ta’ mikroċipp li għandhom rekord ta’ bejgħ ta’ żero.

Mhux biss il-ħin u l-investiment tal-flus li qed iżżomm lura lil dawn il-kumpaniji tas-semikondutturi. Id-domanda tal-konsumatur għal mikroċipep dejjem aktar qawwija qed tonqos ukoll. Aħseb dwarha: Matul is-snin 90 u l-biċċa l-kbira tas-snin 00, kien kważi fatt li inti tinnegozja fil-kompjuter jew it-telefon tiegħek, jekk mhux kull sena, imbagħad kull sena. Dan jippermettilek tlaħħaq mas-softwer u l-applikazzjonijiet ġodda kollha li kienu qed joħorġu biex jagħmlu l-ħajja tad-dar u tax-xogħol tiegħek aktar faċli u aħjar. Dawn il-ġranet, kemm-il darba taġġorna għall-aħħar mudell ta 'desktop jew laptop fis-suq?

Meta taħseb fl-ismartphone tiegħek, għandek fil-but dak li kien jitqies bħala superkompjuter 20 sena ilu biss. Apparti l-ilmenti dwar il-ħajja tal-batterija u l-memorja, il-biċċa l-kbira tat-telefowns mixtrija mill-2016 huma perfettament kapaċi li jmexxu kwalunkwe app jew logħba mobbli, li jxandru kwalunkwe vidjo mużikali jew sessjoni ta' facetiming imqareb mal-SO tiegħek, jew l-aktar kull ħaġa oħra li tkun trid tagħmel fuq tiegħek. telefon. Għandek bżonn tassew li tonfoq $1,000 jew aktar kull sena biex tagħmel dawn l-affarijiet 10-15 fil-mija aħjar? Saħansitra tinnota d-differenza?

Għal ħafna nies, it-tweġiba hija le.

Il-futur tal-Liġi ta' Moore

Fil-passat, il-biċċa l-kbira tal-fondi ta 'investiment fit-teknoloġija tas-semikondutturi ġew minn infiq tad-difiża militari. Imbagħad ġie sostitwit minn manifatturi tal-elettronika għall-konsumatur, u sal-2020-2023, l-investiment li jwassal għal aktar żvilupp tal-mikroċipp se jerġa’ jinbidel, din id-darba minn industriji li jispeċjalizzaw f’dan li ġej:

Kontenut tal-Ġenerazzjoni li jmiss. L-introduzzjoni li ġejja ta' apparati tar-realtà olografika, virtwali u miżjuda lill-pubbliku ġenerali se tixpruna domanda akbar għall-istriming tad-dejta, speċjalment hekk kif dawn it-teknoloġiji jimmaturaw u jikbru fil-popolarità matul l-aħħar tas-snin 2020.
cloud computing. Spjegat fil-parti li jmiss ta’ din is-sensiela.
Vetturi awtonomi. Spjegat bir-reqqa fil tagħna Futur tat-Trasport serje.
Internet tal-affarijiet. Spjegat fil tagħna Internet tal-Oġġetti kapitlu fil tagħna Futur tal-Internet serje.
Big data u analitika. Organizzazzjonijiet li jeħtieġu t-tqaxxir regolari tad-dejta—aħseb fil-militar, l-esplorazzjoni spazjali, dawk li jbassru t-temp, il-farmaċewtiċi, il-loġistika, eċċ.—se jkomplu jitolbu kompjuters dejjem aktar b'saħħithom biex janalizzaw is-settijiet tagħhom ta 'dejta miġbura li dejjem jespandu.

Il-finanzjament għall-R&D f'mikroċipep tal-ġenerazzjoni li jmiss se jkun dejjem, iżda l-mistoqsija hija jekk il-livell ta 'finanzjament meħtieġ għal forom aktar kumplessi ta' mikroproċessuri jistax ilaħħaq mat-talbiet tat-tkabbir tal-Liġi ta 'Moore. Minħabba l-ispiża tal-bidla għal u l-kummerċjalizzazzjoni ta’ forom ġodda ta’ mikroċipep, flimkien ma’ tnaqqis fid-domanda tal-konsumatur, tnaqqis fil-baġit futur tal-gvern u riċessjonijiet ekonomiċi, ċansijiet huma li l-Liġi ta’ Moore jonqos jew tieqaf fil-qosor fil-bidu tas-snin 2020, qabel ma terġa’ lura sal-aħħar. 2020s, kmieni 2030s.

Fir-rigward għaliex il-Liġi ta 'Moore se terġa' ttella 'veloċità, ukoll, ejja ngħidu biss li l-mikrochips li jaħdmu bit-turbo mhumiex l-unika rivoluzzjoni li ġejja mill-pipeline tal-kompjuters. Li jmiss fis-serje tagħna Future of Computers, aħna ser nesploraw ix-xejriet li jrawmu t-tkabbir tal-cloud computing.