Ofin Moore ti n parẹ lati tan atunyẹwo ipilẹ ti microchips: Ọjọ iwaju ti Awọn kọnputa P4

Awọn kọnputa - wọn jẹ iru adehun nla kan. Ṣugbọn lati ni riri gaan awọn aṣa ti n yọ jade ti a ti yọwi si ni ọjọ iwaju ti jara Kọmputa wa, a tun nilo lati loye awọn iyipada ti n tan kaakiri opo gigun ti iṣiro, tabi nirọrun: ọjọ iwaju ti awọn microchips.

Lati gba awọn ipilẹ kuro ni ọna, a ni lati ni oye Ofin Moore, ofin olokiki ni bayi Dr. Gordon E. Moore ti a da ni 1965. Ni pataki, ohun ti Moore rii ni gbogbo awọn ọdun mẹwa sẹhin ni pe nọmba awọn transistors ninu iṣọpọ iṣọpọ ni ilọpo meji. gbogbo 18 to 24 osu. Eyi ni idi ti kọnputa kanna ti o ra loni fun $ 1,000 yoo jẹ $ 500 fun ọ ni ọdun meji lati bayi.

Fun ọdun aadọta, ile-iṣẹ semikondokito ti gbe ni ibamu si aṣa iṣakojọpọ ofin yii, ni ṣiṣi ọna fun awọn ọna ṣiṣe tuntun, awọn ere fidio, fidio ṣiṣanwọle, awọn ohun elo alagbeka, ati gbogbo imọ-ẹrọ oni nọmba miiran ti o ti ṣalaye aṣa ode oni wa. Ṣugbọn lakoko ti ibeere fun idagbasoke yii dabi pe yoo duro dada fun idaji ọgọrun-un miiran, ohun alumọni - ohun elo ibusun gbogbo awọn microchips ode oni ko dabi pe yoo pade ibeere yẹn fun igba pipẹ ti o kọja 2021 - ni ibamu si kẹhin Iroyin lati awọn Oju-ọna Imọ-ẹrọ Kariaye fun Semiconductors (ITRS)

Fisiksi ni gaan: ile-iṣẹ semikondokito n dinku awọn transistors si iwọn atomiki, ohun alumọni iwọn kan yoo jẹ aiyẹ fun laipẹ. Ati pe diẹ sii ile-iṣẹ yii n gbiyanju lati dinku ohun alumọni kọja awọn opin ti o dara julọ, diẹ sii gbowolori diẹ sii ni itankalẹ microchip kọọkan yoo di.

Eyi ni ibi ti a wa loni. Ni awọn ọdun diẹ, silikoni kii yoo jẹ ohun elo ti o ni iye owo mọ lati kọ iran atẹle ti awọn microchips gige-eti. Iwọn yii yoo fi ipa mu iyipada ninu ẹrọ itanna nipa fipa mu ile-iṣẹ semikondokito (ati awujọ) lati yan laarin awọn aṣayan diẹ:

• Aṣayan akọkọ ni lati fa fifalẹ, tabi pari, idagbasoke idiyele lati dinku ohun alumọni siwaju sii, ni ojurere ti wiwa awọn ọna aramada lati ṣe apẹrẹ awọn microchips ti o ṣe ina agbara sisẹ diẹ sii laisi afikun miniaturization.

• Ẹlẹẹkeji, wa awọn ohun elo tuntun ti o le ṣe ifọwọyi ni awọn iwọn kekere ti o kere ju ohun alumọni lọ si nkan ti awọn nọmba transistors ti o tobi julọ si paapaa awọn microchips denser.

• Kẹta, dipo idojukọ lori miniaturization tabi awọn ilọsiwaju lilo agbara, tun idojukọ lori iyara ti sisẹ nipasẹ ṣiṣẹda awọn ilana ti o jẹ amọja fun awọn ọran lilo pato. Eyi le tumọ si dipo nini chirún gbogboogbo kan, awọn kọnputa iwaju le ni iṣupọ ti awọn eerun amọja. Awọn apẹẹrẹ pẹlu awọn eerun eya aworan ti a lo lati mu awọn ere fidio dara si Google ká ifihan ti Chirún Processing Unit (TPU) ti o ṣe amọja ni awọn ohun elo ẹkọ ẹrọ.

• Lakotan, ṣe apẹrẹ sọfitiwia tuntun ati awọn amayederun awọsanma ti o le ṣiṣẹ ni iyara ati daradara diẹ sii laisi nilo denser/awọn microchips kekere.

Aṣayan wo ni ile-iṣẹ imọ-ẹrọ wa yoo yan? Ni otitọ: gbogbo wọn.

Awọn lifeline fun Moore ká Law

Atokọ atẹle jẹ iwo kukuru sinu isunmọ- ati awọn oludije imotuntun igba pipẹ laarin ile-iṣẹ semikondokito yoo lo lati jẹ ki Ofin Moore wa laaye. Apakan yii jẹ ipon diẹ, ṣugbọn a yoo gbiyanju lati jẹ ki o ṣee ka.

Awọn ohun elo nanomu. Awọn ile-iṣẹ semikondokito oludari, bii Intel, ti kede tẹlẹ pe wọn yoo silẹ silikoni ni kete ti wọn de awọn irẹjẹ miniaturization ti awọn nanometers meje (7nm). Awọn oludije lati rọpo ohun alumọni pẹlu indium antimonide (InSb), indium gallium arsenide (InGaAs), ati silikoni-germanium (SiGe) ṣugbọn ohun elo ti n gba idunnu julọ han lati jẹ awọn nanotubes carbon. Ti a ṣe lati graphite funrararẹ ni akopọ akojọpọ ti ohun elo iyalẹnu, graphene — carbon nanotubes le jẹ ki awọn ọta nipọn, jẹ adaṣe pupọ, ati pe a pinnu lati ṣe awọn microchips ọjọ iwaju ti o to ni igba marun yiyara ni ọdun 2020.

Opitika iširo. Ọkan ninu awọn ipenija ti o tobi julọ ni ayika sisọ awọn eerun igi ni aridaju pe awọn elekitironi ko foju lati transistor kan si omiiran — akiyesi ti o nira pupọ sii ni kete ti o ba tẹ ipele atomiki naa. Imọ-ẹrọ ti n yọ jade ti iširo opiti n wo lati rọpo awọn elekitironi pẹlu awọn photon, nipa eyiti ina (kii ṣe ina) gba lati transistor si transistor. ni 2017, awọn oniwadi ṣe igbesẹ nla kan si ibi-afẹde yii nipa iṣafihan agbara lati tọju alaye ti o da lori ina (awọn fọto) bi awọn igbi ohun lori kọnputa kọnputa kan. Lilo ọna yii, microchips le ṣiṣẹ nitosi iyara ina nipasẹ 2025.

Spintronics. Ni ọdun meji ọdun ni idagbasoke, awọn transistors spintronic gbiyanju lati lo 'spin' ti elekitironi dipo idiyele rẹ lati ṣe aṣoju alaye. Lakoko ti o tun wa ni ọna pipẹ lati iṣowo, ti o ba yanju, fọọmu transistor yii yoo nilo 10-20 millivolts nikan lati ṣiṣẹ, awọn ọgọọgọrun igba kere ju awọn transistors ti aṣa; Eyi yoo tun yọ awọn ọran igbona pupọ kuro awọn ile-iṣẹ semikondokito nigbati wọn ba n ṣe awọn eerun kekere ti o kere ju.

Neuromorphic iširo ati memristors. Ona aramada miiran lati yanju aawọ sisẹ isọdọtun yii wa ninu ọpọlọ eniyan. Awọn oniwadi ni IBM ati DARPA, ni pataki, n ṣe itọsọna idagbasoke iru microchip tuntun kan — chirún kan ti awọn iyika iṣọpọ jẹ apẹrẹ lati fara wé ọpọlọ diẹ sii ti isọdọtun ati ọna ti kii ṣe laini si iširo. (Ṣayẹwo eyi ScienceBlogs article lati ni oye daradara awọn iyatọ laarin ọpọlọ eniyan ati awọn kọnputa.) Awọn abajade ibẹrẹ fihan pe awọn eerun ti o farawe ọpọlọ kii ṣe pataki diẹ sii daradara, ṣugbọn wọn ṣiṣẹ ni lilo aigbagbọ kere wattage ju awọn microchips ọjọ lọwọlọwọ.

Lilo ọna awoṣe ọpọlọ kanna, transistor funrarẹ, idinamọ ile owe ti microchip kọnputa rẹ, le rọpo memristor laipẹ. Ni lilo ni akoko “ionics”, memristor kan nfunni ni nọmba awọn anfani ti o nifẹ lori transistor ibile:

• Ni akọkọ, awọn memristors le ranti sisan elekitironi ti o kọja nipasẹ wọn-paapaa ti agbara ba ti ge. Itumọ, eyi tumọ si ni ọjọ kan o le tan kọnputa rẹ ni iyara kanna bi gilobu ina rẹ.

• Awọn transistors jẹ alakomeji, boya 1s tabi 0s. Memristors, nibayi, le ni awọn ipinlẹ oriṣiriṣi laarin awọn iwọn yẹn, bii 0.25, 0.5, 0.747, ati bẹbẹ lọ. o ṣeeṣe.

• Nigbamii ti, awọn memristors ko nilo ohun alumọni lati ṣiṣẹ, ṣiṣi ọna fun ile-iṣẹ semikondokito lati ṣe idanwo pẹlu lilo awọn ohun elo tuntun lati dinku diẹ sii awọn microchips (gẹgẹbi a ti ṣe ilana rẹ tẹlẹ).

• Lakotan, iru si awọn awari ti IBM ati DARPA ṣe sinu iṣiro neuromorphic, awọn microchips ti o da lori awọn memristors yiyara, lo agbara ti o dinku, ati pe o le mu iwuwo alaye ti o ga julọ ju awọn eerun igi lọwọlọwọ lori ọja naa.

3D awọn eerun. Awọn microchips ti aṣa ati awọn transistors ti o fun wọn ni agbara ṣiṣẹ lori alapin, ọkọ ofurufu onisẹpo meji, ṣugbọn ni ibẹrẹ awọn ọdun 2010, awọn ile-iṣẹ semikondokito bẹrẹ idanwo pẹlu fifi iwọn kẹta kun si awọn eerun wọn. Ti a pe ni 'finFET', awọn transistors tuntun wọnyi ni ikanni kan ti o duro soke lati ori chirún, fifun wọn ni iṣakoso to dara julọ lori ohun ti o waye ninu awọn ikanni wọn, gbigba wọn laaye lati ṣiṣẹ ni iyara 40 ogorun, ati ṣiṣẹ ni lilo idaji agbara. Ilẹ isalẹ, sibẹsibẹ, ni pe awọn eerun wọnyi jẹ pataki diẹ sii nira (ni idiyele) lati gbejade ni akoko.

Ṣugbọn kọja atunṣe awọn transistors kọọkan, ọjọ iwaju 3D awọn eerun tun ṣe ifọkansi lati ṣajọpọ iširo ati ibi ipamọ data ni awọn ipele ti o tolera ni inaro. Ni bayi, awọn kọnputa ibile n gbe awọn igi iranti wọn sẹntimita lati ero isise rẹ. Ṣugbọn nipa sisọpọ iranti ati awọn paati sisẹ, ijinna yii lọ silẹ lati awọn centimita si awọn micrometers, ti n mu ilọsiwaju nla ni awọn iyara sisẹ ati agbara agbara.

Iṣiro kuotisi. Wiwa siwaju si ọjọ iwaju, pipọ nla ti iṣiro ipele ile-iṣẹ le ṣiṣẹ labẹ awọn ofin freaky ti fisiksi kuatomu. Sibẹsibẹ, nitori pataki iru iširo yii, a fun ni ipin tirẹ ni ipari ipari ti jara yii.

Super microchips kii ṣe iṣowo to dara

O dara, nitorinaa ohun ti o ka loke ni gbogbo rẹ dara ati dara-a n sọrọ awọn microchips agbara-agbara ti a ṣe apẹrẹ lẹhin ọpọlọ eniyan ti o le ṣiṣẹ ni iyara ina-ṣugbọn ohun naa ni pe, ile-iṣẹ ṣiṣe chirún semikondokito kii ṣe ni itara pupọju lati yi awọn imọran wọnyi pada si otitọ ti a ṣejade lọpọlọpọ.

Awọn omiran imọ-ẹrọ, bii Intel, Samsung, ati AMD, ti ṣe idoko-owo awọn ọkẹ àìmọye dọla ni awọn ọdun mẹwa lati ṣe agbejade aṣa, awọn microchips ti o da lori silikoni. Yiyi pada si eyikeyi awọn imọran aramada ti a ṣe akiyesi loke yoo tumọ si yiyọ awọn idoko-owo wọnyẹn ati lilo awọn biliọnu diẹ sii lori kikọ awọn ile-iṣelọpọ tuntun lati ṣe agbejade awọn awoṣe microchip tuntun ti o ni igbasilẹ orin tita ti odo.

Kii ṣe akoko ati idoko-owo owo nikan ni o mu awọn ile-iṣẹ semikondokito wọnyi pada. Ibeere olumulo fun awọn microchips ti o lagbara diẹ sii tun wa lori wane. Ronu nipa rẹ: Lakoko awọn ọdun 90 ati pupọ julọ awọn ọdun 00, o fẹrẹ jẹ fifun ni pe iwọ yoo ṣe iṣowo ni kọnputa tabi foonu rẹ, ti kii ṣe ni gbogbo ọdun, lẹhinna ni gbogbo ọdun miiran. Eyi yoo jẹ ki o tẹsiwaju pẹlu gbogbo sọfitiwia tuntun ati awọn ohun elo ti n jade lati jẹ ki ile rẹ ati igbesi aye iṣẹ rọrun ati dara julọ. Awọn ọjọ wọnyi, igba melo ni o ṣe igbesoke si tabili tuntun tabi awoṣe kọnputa agbeka lori ọja naa?

Nigbati o ba ronu ti foonuiyara rẹ, o ni ninu apo rẹ ohun ti yoo ti ni imọran supercomputer ni ọdun 20 sẹhin. Yato si awọn ẹdun ọkan nipa igbesi aye batiri ati iranti, ọpọlọpọ awọn foonu ti o ra lati ọdun 2016 ni o lagbara ni pipe lati ṣiṣẹ eyikeyi ohun elo tabi ere alagbeka, ti ṣiṣan fidio orin eyikeyi tabi igba irẹwẹsi alaigbọran pẹlu SO rẹ, tabi pupọ julọ ohunkohun miiran ti o fẹ lati ṣe lori rẹ foonu. Ṣe o nilo gaan lati na $1,000 tabi diẹ sii ni gbogbo ọdun lati ṣe awọn nkan wọnyi 10-15 ogorun dara julọ? Ṣe iwọ paapaa ṣe akiyesi iyatọ naa?

Fun ọpọlọpọ eniyan, idahun jẹ bẹẹkọ.

Ojo iwaju ti Moore ká Law

Ni iṣaaju, ọpọlọpọ igbeowo idoko-owo sinu imọ-ẹrọ semikondokito wa lati inawo aabo ologun. Lẹhinna o rọpo nipasẹ awọn aṣelọpọ ẹrọ itanna olumulo, ati nipasẹ 2020-2023, idoko-owo ti o yori si idagbasoke microchip siwaju yoo yipada lẹẹkansi, ni akoko yii lati awọn ile-iṣẹ amọja ni atẹle yii:

• Next-Gen akoonu. Ifihan holographic ti n bọ ti holographic, foju ati awọn ẹrọ otito ti o pọ si si gbogbo eniyan yoo fa ibeere nla fun ṣiṣanwọle data, ni pataki bi awọn imọ-ẹrọ wọnyi ti dagba ati dagba ni gbaye-gbale lakoko awọn ọdun 2020.

• Cloud iširo. Ti ṣe alaye ni apakan atẹle ti jara yii.

• Awọn ọkọ adani. Ti ṣe alaye daradara ninu wa Ojo iwaju ti Transportation jara.

• Ayelujara ti ohun. Ti ṣe alaye ninu wa Internet ti Ohun ipin ninu wa Ojo iwaju ti Intanẹẹti jara.

• Big data ati atupale. Awọn ile-iṣẹ ti o nilo crunching data deede — ronu ologun, iṣawari aaye, awọn asọtẹlẹ oju-ọjọ, awọn oogun, awọn eekaderi, ati bẹbẹ lọ—yoo tẹsiwaju lati beere awọn kọnputa ti o lagbara pupọ lati ṣe itupalẹ awọn akopọ ti n gbooro nigbagbogbo ti data ti a gba.

Ifowopamọ fun R&D sinu awọn microchips iran ti nbọ yoo wa nigbagbogbo, ṣugbọn ibeere naa jẹ boya ipele igbeowosile ti o nilo fun awọn fọọmu eka diẹ sii ti microprocessors le tẹsiwaju pẹlu awọn ibeere idagba ti Ofin Moore. Fi fun idiyele ti yi pada si ati iṣowo awọn fọọmu tuntun ti microchips, ni idapo pẹlu ibeere olumulo ti o fa fifalẹ, awọn iṣuna isuna ijọba iwaju ati awọn ipadasẹhin eto-ọrọ, awọn aye ni pe Ofin Moore yoo fa fifalẹ tabi da duro ni ṣoki ni ibẹrẹ-2020, ṣaaju ki o to gbe pada nipasẹ ipari. Ọdun 2020, ibẹrẹ ọdun 2030.

Fun idi ti Ofin Moore yoo tun gbe iyara soke lẹẹkansi, daradara, jẹ ki a sọ pe awọn microchips ti o ni agbara turbo kii ṣe iyipada nikan ti o nbọ isalẹ opo gigun ti iširo. Nigbamii ti o wa ni ojo iwaju ti awọn Kọmputa jara, a yoo ṣawari awọn aṣa ti n mu idagbasoke ti iširo awọsanma.

Future of Computers jara

Awọn atọkun olumulo nyoju lati tun ṣe alaye ẹda eniyan: Ọjọ iwaju ti awọn kọnputa P1

Ọjọ iwaju ti idagbasoke sọfitiwia: Ọjọ iwaju ti awọn kọnputa P2

Iyika ibi ipamọ oni-nọmba: Ọjọ iwaju ti Awọn kọnputa P3

Awọsanma iširo di decentralized: Future of Computers P5

Kini idi ti awọn orilẹ-ede n ti njijadu lati kọ awọn supercomputers ti o tobi julọ? Ojo iwaju ti Awọn kọmputa P6

Bawo ni awọn kọnputa kuatomu yoo yipada agbaye: Ọjọ iwaju ti Awọn kọnputa P7