Quantumrun

CREIDMHEASA ÍOMHÁ: Quantumrun

Dlí Moore atá ag dul in olcas chun athmhachnamh bunúsach a dhéanamh ar mhicrishliseanna: Todhchaí na Ríomhairí P4

David Tal, Foilsitheoir, Futurist
@DavidTalWrites
LinkedIn

Dé Máirt, 09/15/2020 - 15:39

Ríomhairí - is rud mór iad. Ach le fíorthuiscint a bheith againn ar na treochtaí atá ag teacht chun cinn atá luaite againn go dtí seo inár sraith Future of Computers, ní mór dúinn freisin tuiscint a fháil ar na réabhlóidí atá ag titim amach sa phíblíne ríomhaireachta, nó go simplí: todhchaí na micrishliseanna.

Chun na bunghnéithe a bhaint amach, ní mór dúinn Dlí Moore a thuiscint, an dlí a bhfuil clú agus cáil air anois, a bhunaigh an Dr Gordon E. Moore i 1965. Go bunúsach, is é an rud a thuig Moore fiche nó tríocha bliain ó shin ná go ndúblódh líon na trasraitheoirí i gciorcad iomlánaithe. gach 18 go 24 mí. Sin é an fáth a chosnóidh an ríomhaire céanna a cheannaíonn tú inniu ar $1,000 $500 ort dhá bhliain as seo amach.

Le breis is caoga bliain, tá an tionscal leathsheoltóra ag maireachtáil suas le treocht cumaisc an dlí seo, ag réiteach an bhealaigh do na córais oibriúcháin nua, cluichí físeáin, físeáin sruthú, apps soghluaiste, agus gach teicneolaíocht dhigiteach eile a shainigh ár gcultúr nua-aimseartha. Ach cé go bhfuil an chuma ar an scéal go bhfanfaidh an t-éileamh ar an bhfás seo seasta go ceann leathchéad bliain eile, níl an chuma ar an scéal go bhfreastalóidh sileacain - an t-ábhar buncharraige a dtógtar na micrishlis nua-aimseartha leis - ar an éileamh sin ar feadh i bhfad níos faide thar 2021 - de réir an tuarascáil deiridh ó na Treochlár Teicneolaíochta Idirnáisiúnta do Leathsheoltóirí (ITRS)

Fisic atá ann i ndáiríre: tá an tionscal leathsheoltóra ag crapadh trasraitheoirí go dtí an scála adamhach, beidh sileacain scála mí-oiriúnach go luath. Agus dá mhéad a dhéanann an tionscal seo iarracht sileacain a chrapadh thar a theorainneacha barrmhaithe, is ea is costasaí a éireoidh gach éabhlóid micrishlis.

Seo an áit a bhfuilimid inniu. I gceann cúpla bliain, ní bheidh sileacain ina ábhar cost-éifeachtach a thuilleadh chun an chéad ghlúin eile de mhicrishliseanna ceannródaíocha a thógáil. Cuirfidh an teorainn seo iallach ar réabhlóid sa leictreonaic trí iallach a chur ar an tionscal leathsheoltóra (agus ar an tsochaí) rogha a dhéanamh idir roinnt roghanna:

Is é an chéad rogha ná moill a chur ar fhorbairt chostasach nó deireadh a chur léi chun sileacain a mhionchoigeartú tuilleadh, i bhfabhar bealaí núíosacha a aimsiú chun micrishlis a dhearadh a ghineann níos mó cumhachta próiseála gan miniaturization breise.
Ar an dara dul síos, aimsigh ábhair nua is féidir a ionramháil ar scálaí i bhfad níos lú ná sileacain chun líon níos mó trasraitheoirí a líonadh isteach i micrishliseanna níos dlúithe fós.
Sa tríú háit, in ionad díriú ar miniaturization nó feabhsuithe úsáide cumhachta, athdhíriú ar luas na próiseála trí phróiseálaithe a chruthú atá speisialaithe do chásanna úsáide sonracha. D’fhéadfadh go gciallódh sé seo seachas sliseanna ginearálta amháin a bheith acu, go bhféadfadh braisle de sceallóga speisialtóra a bheith ag ríomhairí amach anseo. I measc na samplaí tá sliseanna grafaicí a úsáidtear chun cluichí físeáin a fheabhsú go Réamhrá Google den tslis Aonaid Próiseála Teannasóra (TPU) a dhéanann sainfheidhmiú ar fheidhmchláir mheaisínfhoghlama.
Ar deireadh, dearadh bogearraí nua agus bonneagar néal a bheidh in ann oibriú níos tapúla agus níos éifeachtaí gan micrishliseanna níos dlúithe/níos lú a bheith ag teastáil.

Cén rogha a roghnóidh ár dtionscal ardteicneolaíochta? Go réalaíoch: iad go léir.

An líne tarrthála do dhlí Moore

Is léargas gairid é an liosta seo a leanas ar na nuálaíochtaí gar-théarmacha agus fadtéarmacha a úsáidfidh iomaitheoirí laistigh den tionscal leathsheoltóra chun Dlí Moore a choinneáil beo. Tá an chuid seo beagán dlúth, ach déanfaimid iarracht é a choinneáil inléite.

nanábhair. Tá sé fógartha cheana féin ag cuideachtaí móra leathsheoltóra, cosúil le Intel, go ndéanfaidh siad titim sileacain nuair a shroicheann siad scálaí miniaturization de sheacht nanaiméadar (7nm). I measc na n-iarrthóirí a chuirfear in ionad sileacain tá antaimíd indium (InSb), arsainíd indium gailliam (InGaAs), agus sileacain-germanium (SiGe) ach is cosúil gurb iad nanafeadáin charbóin an t-ábhar is mó a bhfuil sceitimíní air. Déanta as graifít—stack ilchodach den ábhar iontais féin, is féidir nanaifeadáin charbóin-graiféin a dhéanamh ina n-adaimh tiubh, tá siad thar a bheith seoltaí, agus meastar go ndéanfaidh siad micrishlis amach anseo suas le cúig huaire níos tapúla faoi 2020.

Ríomhaireacht optúil. Ceann de na dúshláin is mó a bhaineann le sliseanna a dhearadh ná a chinntiú nach dtéann leictreoin ó thrasraitheoir amháin go trasraitheoir eile - rud a éiríonn i bhfad níos deacra nuair a théann tú isteach sa leibhéal adamhach. Féachann teicneolaíocht na ríomhaireachta optúla atá ag teacht chun cinn le leictreoin a chur in ionad fótóin, trína n-aistrítear solas (ní leictreachas) ó thrasraitheoir go trasraitheoir. i 2017, ghlac na taighdeoirí céim ollmhór i dtreo na sprice seo trína thaispeáint go raibh siad in ann faisnéis solasbhunaithe (fótóin) a stóráil mar thonnta fuaime ar shlis ríomhaire. Trí leas a bhaint as an gcur chuige seo, d’fhéadfadh micrishliseanna oibriú gar do luas an tsolais faoi 2025.

Spintronics. Le fiche bliain i mbun forbartha, déanann trasraitheoirí spintronic iarracht 'casadh' leictreoin a úsáid in ionad a luchta chun faisnéis a léiriú. Agus é fós i bhfad ó thráchtálú, má tá sé réitithe, ní bheidh ach 10-20 millivolt ag teastáil ón gcineál seo trasraitheora chun oibriú, na céadta uair níos lú ná na trasraitheoirí traidisiúnta; chuirfeadh sé seo deireadh freisin leis na fadhbanna róthéamh a bhíonn roimh chuideachtaí leathsheoltóra agus iad ag táirgeadh sceallóga níos lú i gcónaí.

Ríomhaireacht neuromorphic agus memristors. Tá cur chuige nua eile chun an ghéarchéim phróiseála seo a réiteach ar an inchinn dhaonna. Tá taighdeoirí ag IBM agus DARPA, go háirithe, i gceannas ar fhorbairt chineál nua micrishlis - sliseanna a bhfuil a ciorcaid chomhtháite deartha chun aithris a dhéanamh ar chur chuige níos díláraithe agus neamhlíneach na hinchinne i leith na ríomhaireachta. (Féach ar seo alt ScienceBlogs chun tuiscint níos fearr a fháil ar na difríochtaí idir inchinn an duine agus ríomhairí.) Léiríonn torthaí luatha go bhfuil sceallóga a dhéanann aithris ar an inchinn ní hamháin i bhfad níos éifeachtaí, ach go n-oibríonn siad ag baint úsáide as wattage dochreidte níos lú ná micrishliseanna an lae inniu.

Ag baint úsáide as an gcur chuige céanna um shamhaltú inchinne seo, is féidir go gcuirfear an memristor in ionad an trasraitheora féin, bloc tógála seanfhocal mhicrishlis do ríomhaire. Agus é ag baint úsáide as an ré “ianach”, cuireann memristor roinnt buntáistí suimiúla ar fáil thar an trasraitheoir traidisiúnta:

Ar an gcéad dul síos, is féidir le memristors cuimhneamh ar an sreabhadh leictreon ag dul tríothu - fiú má ghearrtar an chumhacht. Aistrithe, ciallaíonn sé seo lá amháin go bhféadfá do ríomhaire a chur ar siúl ar an luas céanna le do bholgán solais.
Is trasraitheoirí dénártha, 1s nó 0s. Féadfaidh memristors, idir an dá linn, éagsúlacht stáit a bheith acu idir na foircinní sin, cosúil le 0.25, 0.5, 0.747, etc. Fágann sé seo go n-oibríonn memristors cosúil leis na synapses inár n-inchinn, agus is mór an rud é sin toisc go bhféadfadh sé raon ríomhaireachta a oscailt amach anseo. féidearthachtaí.
Ina dhiaidh sin, ní bhíonn sileacain ag teastáil ó na feimreoirí chun feidhmiú, ag oscailt an chosáin don tionscal leathsheoltóra triail a bhaint as ábhair nua a úsáid chun micrishliseanna a mhionsaothrú (mar a leagadh amach níos luaithe).
Mar fhocal scoir, cosúil leis na torthaí a rinne IBM agus DARPA ar ríomhaireacht neuromorphic, tá micrishliseanna bunaithe ar memristors níos tapúla, úsáideann siad níos lú fuinnimh, agus d'fhéadfadh dlús faisnéise níos airde a bheith acu ná na sliseanna atá ar an margadh faoi láthair.

Sliseanna 3D. Feidhmíonn micrishlis traidisiúnta agus na trasraitheoirí a chumhachtaíonn iad ar eitleán cothrom déthoiseach, ach go luath sna 2010idí, thosaigh cuideachtaí leathsheoltóra ag triail le tríú toise a chur lena sceallóga. Ar a dtugtar 'finFET', tá cainéal ag na trasraitheoirí nua seo a shíneann suas ó dhromchla an tslis, rud a thugann smacht níos fearr dóibh ar an méid a tharlaíonn ina gcuid cainéal, rud a ligeann dóibh rith beagnach 40 faoin gcéad níos tapúla, agus oibriú ag baint úsáide as leath an fhuinnimh. Is é an míbhuntáiste, áfach, ná go bhfuil sé i bhfad níos deacra (costasach) na sliseanna seo a tháirgeadh i láthair na huaire.

Ach níos faide ná na trasraitheoirí aonair a athdhearadh, sa todhchaí Sliseanna 3D tá sé mar aidhm aige freisin ríomhaireacht agus stóráil sonraí a chomhcheangal i sraitheanna atá cruachta go ceartingearach. Faoi láthair, cuireann ríomhairí traidisiúnta a mbataí cuimhne ceintiméadar óna phróiseálaí. Ach trí na comhpháirteanna cuimhne agus próiseála a chomhtháthú, titeann an t-achar seo ó cheintiméadar go micriméadair, rud a chuireann ar chumas feabhas ollmhór a chur ar luas próiseála agus tomhaltas fuinnimh.

Ríomhaireacht chainníochtúil. Ag breathnú níos faide ar an todhchaí, d'fhéadfadh cuid mhór den ríomhaireacht ar leibhéal an fhiontair oibriú faoi dhlíthe freaky na fisice chandamach. Mar gheall ar an tábhacht a bhaineann leis an gcineál seo ríomhaireachta, áfach, thugamar a chaibidil féin dó ag deireadh na sraithe seo.

Ní gnó maith iad sár-micrishliseanna

Ceart go leor, mar sin tá an méid a léann tú thuas go maith agus go maith—táimid ag caint ar mhicrishliséid atá tíosach ar fhuinneamh arna múnlú tar éis inchinn an duine is féidir a rith ag luas an tsolais—ach is é an rud, nach bhfuil an tionscal déanta sliseanna leathsheoltóra. ró-fonn ar na coincheapa seo a iompú ina réaltacht olltáirgthe.

Tá na billiúin dollar infheistithe ag fathaigh teicneolaíochta, cosúil le Intel, Samsung, agus AMD, le blianta fada anuas chun micrishliseanna traidisiúnta sileacain-bhunaithe a tháirgeadh. Dá n-aistreofaí chuig aon cheann de na coincheapa núíosacha a luadh thuas, bheadh sé i gceist na hinfheistíochtaí sin a scriosadh agus na billiúin níos mó a chaitheamh ar mhonarchana nua a thógáil chun samhlacha nua micrishlis a olltáirgeadh a bhfuil cuntas teiste díolacháin de nialas acu.

Ní hí an infheistíocht ama agus airgid amháin atá ag coinneáil na gcomhlachtaí leathsheoltóra seo siar. Tá éileamh na dtomhaltóirí ar mhicrishliseanna níos cumhachtaí ag dul i laghad freisin. Smaoinigh air: Le linn na 90í agus an chuid is mó de na 00í, bhí sé beagnach ag tabhairt faoi deara gur mhaith leat trádáil i do ríomhaire nó ar an bhfón, más rud é nach gach bliain, ansin gach bliain eile. Ligfeadh sé seo duit coinneáil suas leis na bogearraí agus feidhmchláir nua go léir a bhí ag teacht amach chun do shaol baile agus oibre a dhéanamh níos éasca agus níos fearr. Na laethanta seo, cé chomh minic a dhéanann tú uasghrádú go dtí an tsamhail deisce nó ríomhaire glúine is déanaí ar an margadh?

Nuair a smaoiníonn tú ar do ghuthán cliste, tá an rud a measadh a bheith ina shárríomhaire díreach 20 bliain ó shin agat i do phóca. Seachas gearáin maidir le saol ceallraí agus cuimhne, tá an chuid is mó de na fóin a ceannaíodh ó 2016 i leith in ann aon aip nó cluiche soghluaiste a rith, aon fhíseán ceoil nó seisiún uainithe dána a shruthú le do SO, nó aon rud eile ar mhaith leat a dhéanamh ar do chuid. fón. An gá duit $1,000 nó níos mó a chaitheamh gach bliain chun na rudaí seo a dhéanamh 10-15 faoin gcéad níos fearr? An dtabharfá an difríocht faoi deara fiú?

Don chuid is mó daoine, is é an freagra uimh.

Todhchaí dhlí Moore

San am atá caite, tháinig an chuid is mó den mhaoiniú infheistíochta i dteicneolaíocht leathsheoltóra ó chaiteachas cosanta míleata. Tháinig monaróirí leictreonaice tomhaltóra ina n-ionad ansin, agus faoi 2020-2023, athróidh infheistíocht tosaigh i bhforbairt bhreise micrishlis arís, an uair seo ó thionscail atá ag speisialú sna nithe seo a leanas:

Ábhar Next-Gen. Spreagfaidh tabhairt isteach feistí réadúlachta holografacha, fíorúla agus méadaithe don phobal i gcoitinne éileamh níos mó ar shruthú sonraí, go háirithe de réir mar a aibíonn na teicneolaíochtaí seo agus go dtiocfaidh méadú ar an éileamh go déanach sna 2020í.
Cloud ríomhaireachta. Mínithe sa chéad chuid eile den tsraith seo.
Feithiclí uathrialacha. Mínithe go críochnúil inár Todhchaí Iompair sraith.
Idirlíon na rudaí. Mínithe inár Idirlíon na rudaí nithiúla caibidil in ár Todhchaí an Idirlín sraith.
Sonraí móra agus anailísíocht. Leanfaidh eagraíochtaí a bhfuil gá acu le géarchor sonraí – lucht míleata, taiscéalaíocht spáis, réamhaisnéiseoirí aimsire, cógaisíocht, lóistíocht, etc. – ag éileamh ríomhairí atá ag éirí níos cumhachtaí chun anailís a dhéanamh ar a dtacair de shonraí bailithe atá ag méadú i gcónaí.

Beidh maoiniú le haghaidh T&F i micrishliseanna den chéad ghlúin eile ann i gcónaí, ach is í an cheist an féidir leis an leibhéal maoinithe atá ag teastáil le haghaidh cineálacha níos casta de mhicriphróiseálaithe coinneáil suas le héilimh fáis Dhlí Moore. Mar gheall ar an gcostas a bhaineann le haistriú go agus le tráchtálú cineálacha nua micrishliseanna, in éineacht le héileamh moilliú na dtomhaltóirí, géarchor ar bhuiséad an rialtais amach anseo agus cúlú eacnamaíochta, tá gach seans ann go dtiocfaidh moill nó stop go hachomair ar Dhlí Moore go luath sna 2020idí, sula dtosófar ar ais go déanach. 2020í, 2030idí luatha.

Maidir leis an bhfáth a rachaidh Dlí Moore chun cinn arís, mar dhea, déarfaimis nach iad micrishliseanna turba-chumhachta an t-aon réabhlóid atá ag teacht anuas ar an bpíblíne ríomhaireachta. Ar aghaidh inár sraith Future of Computers, déanfaimid iniúchadh ar na treochtaí a spreagann fás na néalríomhaireachta.