joi, iulie 18, 2024

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

Vă rugăm să introduceți comentariul dvs.!
Introduceți aici numele dvs.

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.

Sprijiniți proiectul Contributors.ro

Carti

„Greu de găsit un titlu mai potrivit pentru această carte. Într-adevăr, Vladimir Tismăneanu are harul de a transforma într-o aventură a cunoașterii materia informă a contorsionatei istorii a ultimei sute de ani. Pasiunea adevărului, obsesia eticii, curajul înfruntării adversităților își au în el un martor și un participant plin de carismă. Multe din concluziile sale devin adevăruri de manual. Vladimir Tismăneanu este un îmblânzitor al demonilor Istoriei, un maître à penser în marea tradiție – pentru a mă restrânge la trei nume – a lui Albert Camus, a Hannei Arendt și a lui Raymond Aron.“ — MIRCEA MIHĂIEȘ 

 

 

Carti noi

Definiția actuală a schimbării climei“ a devenit un eufemism pentru emisiile de CO2 din era post-revoluției industriale, emisii care au condus la reificarea și fetișizarea temperaturii medii globale ca indicator al evoluției climei. Fără a proceda la o „reducție climatică“, prin care orice eveniment meteo neobișnuit din ultimul secol este atribuit automat emisiilor umane de gaze cu efect de seră, cartea de față arată că pe tabla de șah climatic joacă mai multe piese, nu doar combustibilii fosili. Cumpără cartea de aici.

Carti noi

 

„Avem aici un tablou complex cu splendori blânde, specifice vieții tărănești, cu umbre, tăceri și neputințe ale unei comunități rurale sortite destrămării. Este imaginea stingerii lumii țărănești, dispariției modului de viață tradițional, a unui fel omenesc de a fi și gândi.", Vianu Mureșan. Cumpara volumul de aici

 

Pagini

Esential HotNews

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