ʻO ke kānāwai o Moore e hoʻomaka ana i ka noʻonoʻo hou ʻana i nā microchips: Future of Computers P4

Kamepiula—he ʻano hana nui lākou. Akā no ka mahalo nui ʻana i nā ʻano hou a mākou i kuhi ai i kēia manawa i kā mākou Future of Computers series, pono mākou e hoʻomaopopo i nā kipi e holo ana i lalo o ka pipeline computational, a i ʻole: ka wā e hiki mai ana o nā microchips.

No ka loaʻa ʻana o nā mea kumu mai ke ala, pono mākou e hoʻomaopopo i ka Moore's Law, ke kānāwai kaulana i kēia manawa ʻo Dr. Gordon E. Moore i hoʻokumu ʻia ma 1965. ʻO ka mea nui, ʻo ka mea a Moore i ʻike ai i kēlā mau makahiki i hala aku nei, ʻo ia ka helu o nā transistors i loko o kahi kaapuni i hoʻohui ʻia. i kēlā me kēia 18 a 24 mahina. ʻO kēia ke kumu e kūʻai ai ka kamepiula like āu e kūʻai ai i kēia lā no $1,000 iā ʻoe $500 ʻelua makahiki mai kēia manawa.

No nā makahiki he kanalima, ua hoʻokō ka ʻoihana semiconductor i ke ʻano hui pū ʻana o kēia kānāwai, e paʻa ana i ke ala no nā ʻōnaehana hana hou, nā pāʻani wikiō, nā wikiō wikiō, nā polokalamu kelepona, a me nā ʻenehana kikohoʻe ʻē aʻe i wehewehe i kā mākou moʻomeheu hou. Akā ʻoiai ke ʻike ʻia nei ke koi ʻana no kēia ulu ʻana e like me ka mea e hoʻomau ʻia no ka hapalua haneli hou, ʻo ka silicon - nā mea moe moe i kūkulu ʻia me nā microchips hou i kēia manawa - ʻaʻole i ʻike ʻia e hoʻokō i kēlā koi no ka lōʻihi o 2021 - e like me ka hoike hope loa mai ka Palapala Alanui ʻenehana no nā Semiconductors (ITRS)

ʻO ka physics maoli: ke emi nei ka ʻoihana semiconductor i nā transistors i ka unahi atomic, ʻaʻole kūpono ke silikoni unahi. A ʻo ka ʻoi aku o ka hoʻāʻo ʻana o kēia ʻoihana e hōʻemi i ke silika ma mua o kona mau palena maikaʻi loa, ʻoi aku ka nui o ke kumukūʻai o kēlā me kēia microchip evolution.

ʻO kēia kā mākou i kēia lā. I nā makahiki liʻiliʻi, ʻaʻole e lilo hou ke silika i mea kumu kūʻai no ke kūkulu ʻana i ka hanauna hou o nā microchips ʻokiʻoki. Na kēia palena e hoʻoikaika i ka hoʻololi ʻana i ka uila ma ke koi ʻana i ka ʻoihana semiconductor (a me ka hui) e koho ma waena o kekahi mau koho:

• ʻO ka koho mua, ʻo ia ka lohi, a hoʻopau paha i ka hoʻomohala kumukūʻai e hoʻonui i ka miniaturize silika, i mea e ʻimi ai i nā ala hou e hoʻolālā ai i nā microchips e hoʻonui i ka mana hana me ka ʻole o ka miniaturization.

• ʻO ka lua, e ʻimi i nā mea hou i hiki ke hoʻohana ʻia ma nā unahi ʻoi aku ka liʻiliʻi ma mua o ke silika e hoʻokomo i nā helu transistors ʻoi aku ka nui o nā microchips.

• ʻO ke kolu, ma kahi o ka nānā ʻana i ka miniaturization a i ʻole ka hoʻomaikaʻi ʻana i ka hoʻohana ʻana i ka mana, e nānā hou i ka wikiwiki o ka hana ʻana ma o ka hana ʻana i nā mea hana kūikawā no nā hihia hoʻohana kikoʻī. Hiki i kēia ke manaʻo ma mua o ka loaʻa ʻana o hoʻokahi chip generalist, loaʻa paha i nā kamepiula e hiki mai ana he pūʻulu o nā chips loea. Aia kekahi laʻana i nā ʻāpana kiʻi i hoʻohana ʻia no ka hoʻomaikaʻi ʻana i nā pāʻani wikiō i ʻO ka hoʻolauna Google o ka puʻupuʻu Tensor Processing Unit (TPU) i loea i nā noi aʻo mīkini.

• ʻO ka hope, e hoʻolālā i nā polokalamu hou a me nā ʻōnaehana kapua e hiki ke hana wikiwiki a ʻoi aku ka maikaʻi me ka ʻole o nā microchips ʻoi aku ka liʻiliʻi.

He aha ke koho e koho ai kā mākou ʻoihana ʻenehana? ʻOiaʻiʻo: lākou a pau.

ʻO ke kaula ola no ke kānāwai o Moore

ʻO ka papa inoa ma lalo nei kahi ʻike pōkole i nā mea hoʻokūkū kokoke a lōʻihi hoʻi i loko o ka ʻoihana semiconductor e hoʻohana ai e mālama i ke kānāwai o Moore. ʻOkoʻa iki kēia ʻāpana, akā e hoʻāʻo mākou e mālama i ka heluhelu ʻana.

Nanomaterial. ʻO nā hui semiconductor alakaʻi, e like me Intel, ua hoʻolaha mua lākou e hana lākou hāʻule kilika i ka manawa e hiki ai lākou i nā unahi miniaturization o ʻehiku nanometer (7nm). ʻO nā moho e hoʻololi i ke silika, ʻo ia ka indium antimonide (InSb), indium gallium arsenide (InGaAs), a me ka silicon-germanium (SiGe) akā ʻo ka mea e hoʻohauʻoli nui nei he carbon nanotubes. Hana ʻia mai ka graphite—he pūʻulu hui pū o ka mea kupanaha, graphene—carbon nanotubes hiki ke hana ʻia i nā ʻātoma mānoanoa, he conductive loa, a ua manaʻo ʻia e hana i nā microchips i ka wā e hiki mai ana i ʻelima manawa wikiwiki i ka makahiki 2020.

ʻIkepili helu. ʻO kekahi o nā paʻakikī nui loa e pili ana i ka hoʻolālā ʻana i nā chips ʻo ia ka hōʻoia ʻana ʻaʻole e lele nā ​​electrons mai kahi transistor a i kekahi - kahi noʻonoʻo e ʻoi aku ka paʻakikī ke komo ʻoe i ka pae atomic. Ke ʻike nei ka ʻenehana hou o ka computing optical e hoʻololi i nā electrons me nā photons, kahi e hele ai ke kukui (ʻaʻole ka uila) mai ka transistor i ka transistor. Ma ka 2017, ua hana nui nā mea noiʻi i kēia pahuhopu ma ka hōʻike ʻana i ka hiki ke mālama i ka ʻike māmā (photons) ma ke ʻano he hawewe kani ma kahi pahu kamepiula. Ke hoʻohana nei i kēia ala, hiki i nā microchips ke hana kokoke i ka wikiwiki o ka māmā e 2025.

Spintronics. Ma luna o ʻelua mau makahiki o ka hoʻomohala ʻana, hoʻāʻo nā transistors spintronic e hoʻohana i ka 'spin' o kahi electron ma kahi o kāna uku e hōʻike i ka ʻike. ʻOiai kahi lōʻihi mai ka hoʻolaha ʻana, inā hoʻoholo ʻia, pono kēia ʻano transistor i 10-20 millivolts e hana, he mau haneli mau manawa liʻiliʻi ma mua o nā transistors maʻamau; E hoʻoneʻe pū kēia i nā pilikia wela nui e kū nei nā hui semiconductor i ka wā e hana ana i nā ʻāpana liʻiliʻi.

Neuromorphic computing a me nā memristors. Aia kekahi ala hou no ka hoʻoponopono ʻana i kēia pilikia kaʻina hana i loko o ka lolo kanaka. Ke alakaʻi nei nā mea noiʻi ma IBM a me DARPA i ka hoʻomohala ʻana i kahi ʻano microchip hou - he chip nona nā kaapuni hoʻohui i hoʻolālā ʻia e hoʻohālike i ke ʻano o ka decentralized a ʻaʻole laina laina o ka lolo. (E nānā i kēia ʻatikala ScienceBlogs e hoʻomaopopo maikaʻi i ka ʻokoʻa ma waena o ka lolo kanaka a me ka lolouila.) Hōʻike nā hopena mua ʻaʻole ʻoi aku ka maikaʻi o nā chips e like me ka lolo, akā ke hana nei lākou me ka hoʻohana ʻana i ka wattage ʻoi aku ka liʻiliʻi ma mua o nā microchips o kēia lā.

Ke hoʻohana nei i kēia ʻano hoʻohālike o ka lolo, ʻo ka transistor ponoʻī, ka poloka kūkulu hale ʻōlelo o ka microchip o kāu kamepiula, hiki ke pani koke ʻia e ka memristor. Ke hoʻomaka nei i ka wā "ionics", hāʻawi kahi memristor i nā mea maikaʻi loa ma mua o ka transistor kuʻuna:

• ʻO ka mea mua, hiki i nā memristors ke hoʻomanaʻo i ke kahe electron e hele ana ma o lākou-ʻoiai inā ʻoki ʻia ka mana. Unuhi ʻia, ʻo ia hoʻi i kekahi lā hiki iā ʻoe ke hoʻā i kāu kamepiula i ka wikiwiki like me kāu ʻōpuʻu kukui.

• He binary nā transistors, he 1s a i ʻole 0s. Hiki i nā Memristors ke loaʻa i nā mokuʻāina like ʻole ma waena o kēlā mau kiʻekiʻe, e like me 0.25, 0.5, 0.747, a me nā mea ʻē aʻe. ʻO kēia ka mea e hana ai nā memristors e like me nā synapses i loko o ko mākou lolo, a he mea nui ia no ka mea hiki iā ia ke wehe i kahi ākea o ka helu helu e hiki mai ana. nā mea hiki.

• A laila, ʻaʻole pono nā memristors i ke silika e hana, e wehe ana i ke ala no ka ʻoihana semiconductor e hoʻokolohua me ka hoʻohana ʻana i nā mea hou e hoʻonui hou i nā microchips (e like me ka mea i hōʻike mua ʻia).

• ʻO ka mea hope loa, e like me nā ʻike i hana ʻia e IBM a me DARPA i loko o ka neuromorphic computing, ʻoi aku ka wikiwiki o nā microchips e pili ana i nā memristors, hoʻohana i ka ikehu liʻiliʻi, a hiki ke paʻa i ka ʻike ʻike kiʻekiʻe ma mua o nā chips i kēia manawa ma ka mākeke.

3D chips. ʻO nā microchips kuʻuna a me nā transistors e mana iā lākou e hana ma kahi mokulele palahalaha, ʻelua-dimensional, akā i ka makahiki 2010, hoʻomaka nā hui semiconductor e hoʻāʻo me ka hoʻohui ʻana i ke kolu o ka nui i kā lākou chips. Kapa ʻia ʻo 'finFET', loaʻa i kēia mau transistors hou kahi ala e pili ana mai ka ʻili o ka chip, e hāʻawi iā lākou i ka mana maikaʻi ma luna o nā mea e hana nei i loko o kā lākou mau kahawai, e ʻae iā lākou e holo kokoke i 40 pakeneka ʻoi aku ka wikiwiki, a hana me ka hoʻohana ʻana i ka hapalua o ka ikehu. ʻO ka ʻaoʻao haʻahaʻa, ʻo ia ka paʻakikī o kēia mau chips (kūʻai) e hana i kēia manawa.

Akā ma mua o ka hoʻolālā hou ʻana i nā transistors pākahi, ka wā e hiki mai ana 3D chips manaʻo nō hoʻi e hoʻohui i ka ʻikepili a me ka mālama ʻana i nā ʻikepili i nā papa i hoʻopaʻa ʻia. I kēia manawa, mālama nā lolouila kahiko i kā lākou mau lāʻau hoʻomanaʻo kenimika mai kāna mea hana. Akā ma ka hoʻohui ʻana i nā ʻāpana hoʻomanaʻo a me ka hoʻoili ʻana, hāʻule kēia mamao mai ke kenimika a hiki i ka micrometres, e hiki ai ke hoʻomaikaʻi nui i ka wikiwiki o ka hana a me ka hoʻohana ʻana i ka ikehu.

ʻO ka helu kālā. Ke nānā hou aku nei i ka wā e hiki mai ana, hiki i kahi puʻupuʻu nui o ka ʻoihana ʻoihana ke hana ma lalo o nā kānāwai freaky o quantum physics. Eia nō naʻe, ma muli o ke koʻikoʻi o kēia ʻano helu helu, ua hāʻawi mākou i kāna mokuna ponoʻī ma ka hope loa o kēia pūʻulu.

ʻAʻole maikaʻi nā ʻoihana super microchips

ʻAe, no laila ua maikaʻi a maikaʻi nā mea āu e heluhelu ai ma luna nei - ke kamaʻilio nei mākou i nā microchips ʻoi loa ka ikehu i hoʻohālikelike ʻia ma muli o ka lolo kanaka hiki ke holo i ka wikiwiki o ka māmā - akā ʻo ka mea, ʻaʻole ka ʻoihana hana chip semiconductor. ʻiʻini nui e hoʻohuli i kēia mau manaʻo i mea maoli i hana nui ʻia.

ʻO nā kānaka nunui ʻenehana, e like me Intel, Samsung, a me AMD, ua hoʻolilo i nā piliona kālā i nā makahiki he mau makahiki e hana ai i nā microchips kuʻuna. ʻO ka hoʻololi ʻana i kekahi o nā manaʻo noʻonoʻo i hōʻike ʻia ma luna nei, ʻo ia ke ʻano o ka ʻoki ʻana i kēlā mau hoʻopukapuka kālā a me ka hoʻolilo ʻana i nā piliona kālā hou aʻe ma ke kūkulu ʻana i nā hale hana hou e hana nui ai i nā kumu hoʻohālike microchip hou i loaʻa ka palapala kūʻai kūʻai ʻole.

ʻAʻole wale ka manawa a me ke kālā hoʻopukapuka e paʻa nei i kēia mau hui semiconductor. Ke emi nei ka makemake o ka mea kūʻai aku no nā microchips ikaika loa. E noʻonoʻo: I ka makahiki 90 a me ka hapa nui o nā makahiki 00, ʻaneʻane hāʻawi ʻia ʻoe e kālepa i kāu kamepiula a kelepona paha, inā ʻaʻole i kēlā me kēia makahiki, a laila i kēlā me kēia makahiki. E ʻae kēia iā ʻoe e hoʻomau i nā polokalamu hou a me nā noi e puka mai ana e hoʻomaʻamaʻa i kou home a me kou ola hana. I kēia mau lā, ʻehia ka manawa e hoʻonui ai ʻoe i ka pākaukau hou a i ʻole ke ʻano pona ma ka mākeke?

Ke noʻonoʻo nei ʻoe i kāu kelepona, aia i loko o kāu ʻeke ka mea i manaʻo ʻia he supercomputer i 20 mau makahiki i hala. Ma waho aʻe o nā hoʻopiʻi e pili ana i ke ola pākaukau a me ka hoʻomanaʻo, ʻo ka hapa nui o nā kelepona i kūʻai ʻia mai ka makahiki 2016 hiki ke holo i nā polokalamu a i ʻole nā ​​​​pāʻani kelepona, o ke kahe ʻana i kekahi wikiō mele a i ʻole ka hālāwai facetiming naughty me kāu SO, a i ʻole nā ​​mea ʻē aʻe āu e makemake ai e hana ma kāu kelepona. Pono ʻoe e hoʻolilo i $1,000 a ʻoi aʻe i kēlā me kēia makahiki e hana i kēia mau mea 10-15 pakeneka ʻoi aku ka maikaʻi? E ʻike paha ʻoe i ka ʻokoʻa?

No ka hapanui o ka poʻe, ʻaʻole ka pane.

ʻO ka wā e hiki mai ana o ke kānāwai o Moore

I ka wā ma mua, ʻo ka hapa nui o ka hoʻopukapuka kālā ʻana i ka ʻenehana semiconductor mai ka hoʻolimalima pale kaua. A laila ua hoʻololi ʻia e nā mea hana uila uila, a ma 2020-2023, e hoʻololi hou i ka hoʻopukapuka ʻana i ka hoʻomohala microchip hou, i kēia manawa mai nā ʻoihana loea i kēia mau mea:

• Maʻiʻo Next-Gen. ʻO ka hoʻolauna ʻana mai o nā holographic, virtual a augmented reality device i ka lehulehu ākea e hoʻoulu i ka makemake nui no ka hoʻoheheʻe ʻana i ka ʻikepili, ʻoi aku ka nui o kēia mau ʻenehana a ulu a kaulana i ka hopena o 2020s.

• Kapua Me. Ua wehewehe ʻia ma ka ʻāpana aʻe o kēia moʻo.

• Nā kaʻa kū kaʻawale. Ua wehewehe pono ʻia ma kā mākou ʻO ka wā e hiki mai ana o ka halihali moʻo.

• Pūnaewele o nā mea. Ua wehewehe ʻia ma kā mākou Internet o Mau mokuna ma ko kakou Ka wā e hiki mai ana o ka Pūnaewele moʻo.

• Nā ʻikepili nui a me nā ʻikepili. ʻO nā hui e koi ana i ka ʻikepili maʻamau - e noʻonoʻo i ka pūʻali koa, ka ʻimi ʻana i ka lewa, nā mea wānana i ka wā, nā lāʻau lapaʻau, logistic, etc.

Loaʻa mau ke kālā no ka R&D i nā microchips hou aʻe, akā ʻo ka nīnau inā paha e hiki i ka pae kālā e pono ai no nā ʻano microprocessors paʻakikī ke hoʻomau i nā koi ulu o ke kānāwai o Moore. Hāʻawi ʻia i ke kumukūʻai o ka hoʻololi ʻana a me ke kālepa ʻana i nā ʻano microchips hou, i hui pū ʻia me ka lohi ʻana i ka koi o nā mea kūʻai aku, nā kumukūʻai kālā o ke aupuni e hiki mai ana a me ka hoʻemi ʻana i ka hoʻokele waiwai, hiki ke lohi a hoʻomaha iki paha ke kānāwai o Moore i nā makahiki 2020, ma mua o ka hoʻihoʻi ʻana i ka hopena. 2020s, mua 2030s.

No ke aha e piʻi hou ai ke kānāwai o Moore, ʻoiai, e ʻōlelo kākou ʻaʻole ʻo nā microchips turbo-powered wale nō ke kipi e iho mai ana i ka pipeline computing. Ma hope aʻe i kā mākou Future of Computers series, e ʻimi mākou i nā ʻano e hoʻoulu ai i ka ulu ʻana o ke ao kamepiula.

ʻO ka wā e hiki mai ana o nā kamepiula

Nā mea hoʻohana e puka mai ana e wehewehe hou i ke kanaka: Ka wā e hiki mai ana o nā kamepiula P1

ʻO ka wā e hiki mai ana o ka hoʻomohala polokalamu: Ka wā e hiki mai ana o nā kamepiula P2

ʻO ka huli ʻana o ka mālama ʻana i nā kamepiula: Future of Computers P3

Lilo ka hoʻopili ʻana o ke ao i ka decentralized: Future of Computers P5

No ke aha e hoʻokūkū nei nā ʻāina e kūkulu i nā supercomputers nui loa? ʻO ka wā e hiki mai ana o nā kamepiula P6

Pehea e hoʻololi ai nā kamepiula Quantum i ka honua: Future of Computers P7