marți, ianuarie 26, 2021

Limita fizica a legii lui Moore si depasirea ei

Într-o discuție  suficient de informala Henry Samueli, șeful Broadcom afirmă că legea lui Moore nu va mai funcționa în viitor.  Legea lui Moore este o observație empirică din 1965 care afirmă că numărul de tranzistori ce se pot integra într-un circuit se dublează la fiecare doi ani. În ciuda faptului că sună precum o reclamă la defunctul Caritas, legea s-a dovedit funcțională până în zilele nostre, și în mare parte progresul computerelor a fost legat de acastă creștere a capacității de integrare care a permis memorii din ce în ce mai mari, procesoare din ce în ce mai complexe și circuite complementare tot mai mici.

Bineînțeles că toți știm că există o limită fizică: “nu putem construi un tranzistor cu un singur atom, zice Samueli”. De fapt ne trebuie ceva mai mulți atomi pentru a construi un tranzistor, pentru că nu putem dopa siliciul cu mai puțin de un atom, însă ce e important e că există o limită, ba chiar o limită abruptă, pentru că de la o dimensiune încolo nu mai putem progresa deloc, nu vorbim de o schimbare a ritmului de creștere, ci de stopare a acesteia.

Șeful Broadcom probabil știe mai bine decât mine ce spune – am studiat partea de tehnologie a circuitelor integrate doar la școală, fără să lucrez în domeniu – atunci când vorbeste de limita de 5nm ca de un prag dincolo de  care nu se poate trece. Există diverse propuneri de extindere a tehnologiei în domeniul tridimensional, dar deocamdată pare destul de complicat, tranzistorii respectivi trebuie și interconectați cumva între ei, lucru destul de problematic în 3 D.

Pentru circuitele de uz general încă nu s-ar pune problema, ele fiind fabricate de regulă în tehnologii mai vechi, deci până la un ipotetic 5nm ar mai fi spațiu de manevră. E vorba însă de memorii si microprocesoare, eventual și de chip-urile video, al căror progres a depins până acum aproape exclusiv de tehnologia de fabricație.

În definitiv, nu am avea neapărată nevoie ca legea lui Moore să funcționeze pentru a obține progres în continuare în tehnologia computerelor. (Întrebarea “de ce avem nevoie de progres?” o las sociologilor, eu sunt inginer și pentru mine progresul tehnologic este o axiomă). Probabil că s-ar putea obține mai mult de la actuala tehnologie prin schimbări în arhitectură. Am mai atins tangențial acest subiect în alte articole publicate aici, lucrăm cu procesoare Von Neumann ca acum 50 de ani, pe o arhitectură care nu diferă fundamental de proiectul IBM din 1980. Am cam aruncat toată sarcina progresului în cârca tehnologilor.

Unde văd eu locuri de schimbări importante?  Ar fi câteva, cu rezerva că proiectanții de sisteme știu mult mai bine.

Presupun că ar mai fi multe de făcut în domeniul procesării paralele. Deși tehnologia există deja de mai multă vreme în procesoarele moderne, mă aștept să se poată aduce îmbunătățiri semnificative.

De asemenea, arhitecturi de tip pipeline s-ar putea adăuga unității aritmetico-logice pentru a crește putrea de procesare a cantităților mari de date. Deocamdată nu e foarte clar ce arhitecturi anume, dar ar fi plauzibil să se introducă.

Cum în ultima vreme accentul cade din ce în ce mai mult pe prelucrarea video, probabil că interfațarea între procesor, circuitele video și memorie va cunoaște mereu schimbări. De fapt e uimitor cum conexiunea directă între ochi și creier prin nervul optic tinde să fie replicată în computerele noastre.

Ar mai fi și arhitectura multiprocesor.  Pe vremea când făceam scoala, aceasta se realiza modular, la nivelul tehnologiei de atunci; acum avem mai multe procesoare în același chip. Abordarea actuală are avantaje și dezavantaje. Pe de o parte comunicația se face la viteza bus-ului intern al procesorului, pe de altă parte arhitectura nu e nicicum scalabilă .  Poate că am mai putea adăuga niște procesoare în plus, eventual mai slabe, pentru anumite task-uri specifice.

Nu în ultimul rând, poate ca și mașina Turing are nevoie de o revizuire, vorbim totuși de o teorie extrem de veche pentru știința computerelor. Cum? Nu știu, dacă aș ști mi-aș pregăti deja discursul pentru Nobel ….

Cert este că sunt destul de convins că sfârșitul legii lui Moore e  aproape ( mai aproape decât sfârșitul petrolului cu care suntem amenințați de ani de zile și care e mereu amânat). Pentru că e vorba de o limită fizică. O vreme s-a crezut că prelucrarea optică va lua locul electronicii si cu asta am depăși impasul, însă rezultatele concrete întărzie să apară. Putem să transmitem date cu viteza luminii, dar asta e partea ușoară. Partea dificilă este memorarea lor. Nu prea știm cum să memorăm niște milioane de fotoni ca să construim echivalentul unei memorii ; poate că nici nu e nevoie, dar nici asta nu știm.

Vestea bună în toate astea e că rămâne destul loc pentru știință. Dacă dezvoltarea în planul tehnologiei era accesibilă doar câtorva companii capabile să investească în dezvoltarea lor, știința este mult mai democratică. Nu știm dacă nu cumva, în “kurdistan, o kurdă” vorba lui Cartărescu, nu proiectează chiar acum arhitectura teoretică a computerelor noului mileniu.

Distribuie acest articol

8 COMENTARII

  1. Avand in vedere ca legea lui Moore provine din solutia unei ecuatii diferentiale liniare de ordinul intai, deci o aproximare liniara a unui fenomen real mult mai complex, nu este nicio surpriza faptul ca se poate aplicat cat de cat rezonabil doar pe un interval limitat (unii ar spune, chiar foarte limitat) de timp. Se incearca de mai bine de zece ani, mai mult teoretic, sa se obtina calculatoare cuantice, insa problemele sunt foarte dificile (iarasi nimic nou). La scara globala, progresul alterneaza cu regresul, apar crize (adica singularitati) in care se pot intampla tot felul de minuni. Oricum, cat traim nu ne plictisim.

  2. Foarte interesanta, toata seria de articole. DAR despre „ordinatorul asincron”? citeam acum …poate 10 ani sa fie, despre o tentativa a …cuiva…Philips, cred, de a realiza o arhitectura fara ceas local. Ar fi fost mai economica (in term de consum de energie) si mai rapida global. Nu prea se intelegea cum, in ce ordine, s-ar executa instructiunile si nici cum se adaptau intre ele dispozitive cu freqvente diferite..

  3. Legea asta a lui Moore n-ar trebui luată în serios decât pentru planificări de marketing. La modul că ”peste 3 ani, cam astea vor fi posibilitățile tehnologice, deci tre’să avem grijă să nu rămânem cu stocuri de componente nevândute”. A trata legea lui Moore de parcă ar fi una dintre legile lui Newton nu e nici măcar amuzant, e de-a dreptul ridicol.

    Cât despre întrebarea ”de ce avem nevoie de progres?” , psihologii au înțeles asta demult, însă oamenii obișnuiți (mai ales în România) preferă să ignore psihologia, de teama lucrurilor neplăcute pe care le-ar putea afla despre ei înșiși. Românii nu pot renunța la nevrozele lor călduțe, iar psihologia nu e dispusă să definească o nevroză drept altceva decât nevroză. Legea lui Moore, în măsura în care începem să credem în ea, are toate șansele să devină exact o astfel de nevroză. Mai benignă decât altele, ce-i drept :P

  4. „No more Moore” e un slogan care se apropie de 10 ani vechime. Timp in care s-au facut continuu progrese substantiale pe aceeasi unitate de timp a „legii”. Actualmente nu „nodul” tehnologic este masura progresului, limita incepe sa fie cea a conexiunilor pe chip.
    Altfel, ar fi bine sa ne gandim cum s-a progresat in acest timp (ca exemplu, de la telefoanele aproape caramida la iphone cu procesor pe 64 biti; la fel aplicatiile analog si RF: device-uri medicale, gps, drone de tinut in palma, etc). Incetinirea progresului in acest domeniu ar trebui sa fie ultima noastra grija…

  5. Solutia ar fi trecerea de la logica binara la cea multinivel.
    Desigur, asta ar insemna o schimbare completa de paradigma in programare, deci cred ca „visez color” :(

  6. „De asemenea, arhitecturi de tip pipeline s-ar putea adăuga unității aritmetico-logice pentru a crește putrea de procesare a cantităților mari de date. Deocamdată nu e foarte clar ce arhitecturi anume, dar ar fi plauzibil să se introducă.”
    S-a facut deja de vreo 2 ani. Se cheama XEON PHI (evident de la Intel).
    Cel mai performant computer din lume le foloseste. (Tianhe-2).
    Oricum problema este falsa. Se vor dezvolta alte tehnologii care vor ocoli problemele tranzistorilor cu siliciu.

  7. Interesant .Ca si la petrol ,unde conventionalul este post peak ( problema e legata de productie, debit nu de „terminare”) dar am gasit inlocuitori temporari scumpi si usor controversati pentru a continua unii reusesc sa uite ca de exemplu la procesoare am atins de multisor o bariera in ceea ce priveste frecventele de tact . Nu conteaza ca inca reusim sa progresam prin rafinamente si forta bruta ideea este ca limitele incep sa apara , chiar si in electronica .

  8. Nu as fi asa de sigur in privinta tranzistorului dintr-un singur atom: http://www.nature.com/nnano/journal/v7/n4/full/nnano.2012.21.html

    E drept, de la proof of concept pana la implementare e cale lunga, dar pana la urma important e sa fie posibil.

    Urmatoarea paradigma nu ar fi quantum computing? Nu sunt foarte la curent cu domeniul, dar stiu ca exista deja o companie care vinde procesoare cuantice (poate in ghilimele) pentru aplicatii crypto. Acolo e loc mult de imbunatatiri teoretice, dar daca nu ma insel tot la Turing se ajunge. E vorba mai degraba de o limita interna a limbajului matematic.

LĂSAȚI UN MESAJ

Please enter your comment!
Please enter your name here

Autor

Mihai Badici
Mihai Badici
Absolvent al Facultății de Electronică si Telecomunicații București ( 1991) Administrator de sistem cu peste zece ani de experiență cu specializari in sisteme de stocare si securitatea datelor. De asemenea a absolvit in 1996 Facultatea de Litere la Universitatea Bucuresti. In prezent, consultant IT independent, colaboreaza pe mai multe proiecte legate de infrastructura de date.

Colectia Contributors.ro

Contributors.ro propune autorilor săi, acum, la sfârșit de an, trei întrebări despre anul 2020 si perspectivele României în viitorul apropiat. Cele trei întrebari sunt:

1. Care este evenimentul anului 2020 cel mai pe nedrept trecut cu vederea de media și de opinia publică? 

2. Care este cea mai interesantă idee a anului 2020?

3. Care e cea mai mare temere pe care o aveți pentru viitorul României si care e cea mai mare speranță? 

Esential HotNews

E randul tau

Observ cu uimire că invocați, ca reper intelectual creștin, cartea lui Noica, „Rugaţi-vă pentru fratele Alexandru”. Și cumva indirect îi reproșați lui Gabriel Liiceanu un soi de trădare a acestui crez ( „am neplăcuta senzaţie că mă aflu ȋn faţa unui tată care şi-a abandonat, simbolic, copiii”). Mă tem că tocmai această carte a lui Noica este o trădare a suferinței victimelor de: Cristina Cioaba la Dincolo de Isus. Gabriel Liiceanu şi portretul României religioase

Carti recomandate de Contributors.ro

 

 

 

Top articole

Occidentul și Sfânta Imbecilitate

Nu sunt un expert nici în economie și nici în politică, dar unul din lucrurile pe care cred că le înțeleg din...

Democrația este pentru zei. Nu trebuie să ne surprindă faptul că oamenii nu o pot menține

„De ce eșuează democrațiile?” Am auzit această întrebare de multe ori în ultimii ani, în cărți, în paginile de...

O variantă modernă a poveștii cu vulpea bearcă: „Organizația pentru Alimentație și Agricultură a Națiunilor Unite a calculat că mai avem circa 60 de...

Dacă ați fi participat în iulie 2015 la lucrările Conferinței dedicate Anului Internațional al Solurilor, desfășurate în Colorado sub auspiciile Organizației pentru...

Parada dascălilor

Prin 2004 – 2005 mergeam mult pe munte cu un amic care se credea foarte deștept. Poate și era; poate. Eu tot...

Despre ceea ce este firesc și necesar. Cazul Sorin Lavric

Într-o însemnare din ultimul său jurnal publicat (2001-2002), Monica Lovinescu observa una dintre trăsăturile definitorii ale presei autohtone: Ziua și știrea. Nimic...

contributors.ro

Contributors.ro este intr-o permanenta cautare de autori care pot da valoare adaugata dezbaterii publice. Semnaturile noi sunt binevenite cata vreme respecta regulile de baza ale site-ului. Incurajam dezbaterea relaxata, bazata pe forta argumentelor.
Contact: editor[at]contributors.ro

MIHAI MACI – Cel de-al doilea volum din Colectia Contributors.ro

„Atunci când abdică de la menirea ei, școala nu e o simplă instituție inerțială, ci una deformatoare. Și nu deformează doar spatele copiilor, ci, în primul rând, sufletele lor. Elevul care învață că poate obține note mari cu referate de pe internet e adultul de mâine care va plagia fără remușcări, cel care-și copiază temele în pauză va alege întotdeauna scurtătura, iar cel care promovează cu intervenții va ști că la baza reușitei stă nu cunoașterea, ci cunoștințele. Luate indi­vidual, lucrurile acestea pot părea mărunte, însă cumulate, ele dau măsura deformării lumii în care trăim și aruncă o umbră grea asupra viitorului pe care ni-l dorim altfel.” – Mihai Maci Comanda cartea cu autograful autorului. Editie limitata.