माइक्रोचिप्स के मौलिक पुनर्विचार के लिए एक लुप्त होती मूर का नियम: कंप्यूटर का भविष्य P4

कंप्यूटर- वे एक बड़ी बात हैं। लेकिन हमारे भविष्य के कंप्यूटर श्रृंखला में अब तक उभरती हुई प्रवृत्तियों की सराहना करने के लिए, हमें कम्प्यूटेशनल पाइपलाइन, या बस: माइक्रोचिप्स का भविष्य: क्रांतियों को समझने की भी आवश्यकता है।

मूल बातें रास्ते से बाहर निकालने के लिए, हमें मूर के कानून को समझना होगा, जो अब प्रसिद्ध कानून डॉ। गॉर्डन ई। मूर की स्थापना 1965 में हुई थी। अनिवार्य रूप से, मूर ने उन सभी दशकों पहले जो महसूस किया था वह यह है कि एक एकीकृत सर्किट में ट्रांजिस्टर की संख्या दोगुनी हो जाती है। हर 18 से 24 महीने में। यही कारण है कि आज आप जिस कंप्यूटर को $1,000 में खरीदते हैं, उसकी कीमत अब से दो साल बाद आपको $500 होगी।

पचास से अधिक वर्षों से, सेमीकंडक्टर उद्योग इस कानून की कंपाउंडिंग ट्रेंडलाइन पर खरा उतरा है, जिससे नए ऑपरेटिंग सिस्टम, वीडियो गेम, स्ट्रीमिंग वीडियो, मोबाइल ऐप और हमारी आधुनिक संस्कृति को परिभाषित करने वाली हर दूसरी डिजिटल तकनीक का मार्ग प्रशस्त हुआ है। लेकिन जब इस वृद्धि की मांग ऐसी प्रतीत होती है कि यह अभी तक एक और आधी सदी तक स्थिर रहेगी, सिलिकॉन - सभी आधुनिक माइक्रोचिप्स के साथ निर्मित आधार सामग्री - ऐसा प्रतीत नहीं होता है कि यह उस मांग को पूरा करेगा जो कि 2021 से अधिक बीत चुकी है - के अनुसार से अंतिम रिपोर्ट अर्धचालकों के लिए अंतर्राष्ट्रीय प्रौद्योगिकी रोडमैप (आईटीआरएस)

यह वास्तव में भौतिकी है: अर्धचालक उद्योग परमाणु पैमाने पर ट्रांजिस्टर को कम कर रहा है, एक स्केल सिलिकॉन जल्द ही अनुपयुक्त होगा। और जितना अधिक यह उद्योग सिलिकॉन को अपनी इष्टतम सीमा से कम करने की कोशिश करता है, प्रत्येक माइक्रोचिप विकास उतना ही महंगा हो जाएगा।

यहीं हम आज हैं। कुछ वर्षों में, अगली पीढ़ी के अत्याधुनिक माइक्रोचिप्स बनाने के लिए सिलिकॉन अब एक लागत प्रभावी सामग्री नहीं होगी। यह सीमा अर्धचालक उद्योग (और समाज) को कुछ विकल्पों में से चुनने के लिए मजबूर करके इलेक्ट्रॉनिक्स में क्रांति को मजबूर करेगी:

• पहला विकल्प है कि माइक्रोचिप्स को डिजाइन करने के नए तरीके खोजने के पक्ष में, सिलिकॉन को और छोटा करने के लिए महंगा विकास धीमा, या समाप्त करना, जो अतिरिक्त लघुकरण के बिना अधिक प्रसंस्करण शक्ति उत्पन्न करता है।

• दूसरा, नई सामग्रियों को खोजें जिन्हें सिलिकॉन की तुलना में बहुत छोटे पैमाने पर हेरफेर किया जा सकता है ताकि अधिक से अधिक संख्या में ट्रांजिस्टर को भी सघन माइक्रोचिप्स में बदल दिया जा सके।

• तीसरा, लघुकरण या बिजली के उपयोग में सुधार पर ध्यान केंद्रित करने के बजाय, विशिष्ट उपयोग के मामलों के लिए विशिष्ट प्रोसेसर बनाने के माध्यम से प्रसंस्करण की गति पर फिर से ध्यान दें। इसका मतलब यह हो सकता है कि एक सामान्यवादी चिप होने के बजाय, भविष्य के कंप्यूटरों में विशेषज्ञ चिप्स का एक समूह हो सकता है। उदाहरणों में वीडियो गेम को बेहतर बनाने के लिए उपयोग किए जाने वाले ग्राफिक्स चिप्स शामिल हैं गूगल का परिचय टेंसर प्रोसेसिंग यूनिट (टीपीयू) चिप जो मशीन लर्निंग एप्लिकेशन में विशेषज्ञता रखती है।

• अंत में, नए सॉफ़्टवेयर और क्लाउड इन्फ्रास्ट्रक्चर डिज़ाइन करें जो सघन/छोटे माइक्रोचिप्स की आवश्यकता के बिना तेज़ और अधिक कुशलता से काम कर सकें।

हमारा टेक इंडस्ट्री कौन सा विकल्प चुनेगी? वास्तविक रूप से: वे सभी।

मूर के नियम के लिए जीवन रेखा

निम्नलिखित सूची अर्धचालक उद्योग के भीतर निकट और दीर्घकालिक नवाचारों की एक संक्षिप्त झलक है जिसका उपयोग मूर के कानून को जीवित रखने के लिए किया जाएगा। यह हिस्सा थोड़ा घना है, लेकिन हम इसे पढ़ने योग्य रखने की कोशिश करेंगे।

Nanomaterials के. इंटेल जैसी अग्रणी सेमीकंडक्टर कंपनियों ने पहले ही घोषणा कर दी है कि वे ड्रॉप सिलिकॉन एक बार जब वे सात नैनोमीटर (7nm) के लघुकरण पैमाने तक पहुँच जाते हैं। सिलिकॉन को बदलने के लिए उम्मीदवारों में इंडियम एंटीमोनाइड (InSb), इंडियम गैलियम आर्सेनाइड (InGaAs), और सिलिकॉन-जर्मेनियम (SiGe) शामिल हैं, लेकिन जिस सामग्री को सबसे अधिक उत्साह मिल रहा है वह कार्बन नैनोट्यूब प्रतीत होता है। ग्रेफाइट से निर्मित - अपने आप में अद्भुत सामग्री का एक समग्र ढेर, ग्रेफीन-कार्बन नैनोट्यूब को परमाणुओं को मोटा बनाया जा सकता है, अत्यंत प्रवाहकीय हैं, और 2020 तक भविष्य के माइक्रोचिप्स को पांच गुना तेज बनाने का अनुमान है।

ऑप्टिकल कंप्यूटिंग. चिप्स को डिजाइन करने के आसपास सबसे बड़ी चुनौतियों में से एक यह सुनिश्चित करना है कि इलेक्ट्रॉन एक ट्रांजिस्टर से दूसरे ट्रांजिस्टर पर नहीं जाते हैं-एक ऐसा विचार जो परमाणु स्तर में प्रवेश करने के बाद असीम रूप से कठिन हो जाता है। ऑप्टिकल कंप्यूटिंग की उभरती हुई तकनीक इलेक्ट्रॉनों को फोटॉनों से बदलने की कोशिश करती है, जिससे प्रकाश (बिजली नहीं) ट्रांजिस्टर से ट्रांजिस्टर तक जाता है। 2017 में, शोधकर्ताओं ने कंप्यूटर चिप पर ध्वनि तरंगों के रूप में प्रकाश-आधारित जानकारी (फोटॉन) को संग्रहीत करने की क्षमता का प्रदर्शन करके इस लक्ष्य की ओर एक बड़ा कदम उठाया। इस दृष्टिकोण का उपयोग करते हुए, माइक्रोचिप्स 2025 तक प्रकाश की गति के करीब काम कर सकते हैं।

spintronics. विकास में दो दशकों से अधिक, स्पिंट्रोनिक ट्रांजिस्टर सूचना का प्रतिनिधित्व करने के लिए अपने चार्ज के बजाय इलेक्ट्रॉन के 'स्पिन' का उपयोग करने का प्रयास करते हैं। व्यावसायीकरण से अभी भी एक लंबा रास्ता तय करते हुए, यदि हल किया जाता है, तो ट्रांजिस्टर के इस रूप को संचालित करने के लिए केवल 10-20 मिलीवोल्ट की आवश्यकता होगी, पारंपरिक ट्रांजिस्टर की तुलना में सैकड़ों गुना छोटा; यह कभी-कभी छोटे चिप्स का उत्पादन करते समय अर्धचालक कंपनियों का सामना करने वाले अति तापकारी मुद्दों को भी हटा देगा।

न्यूरोमॉर्फिक कंप्यूटिंग और मेमरिस्टर्स. इस आसन्न प्रसंस्करण संकट को हल करने के लिए एक और उपन्यास दृष्टिकोण मानव मस्तिष्क में निहित है। आईबीएम और डीएआरपीए के शोधकर्ता, विशेष रूप से, एक नए प्रकार के माइक्रोचिप के विकास का नेतृत्व कर रहे हैं - एक चिप जिसका एकीकृत सर्किट कंप्यूटिंग के लिए मस्तिष्क के अधिक विकेन्द्रीकृत और गैर-रेखीय दृष्टिकोण की नकल करने के लिए डिज़ाइन किया गया है। (इसकी जांच करो साइंसब्लॉग लेख मानव मस्तिष्क और कंप्यूटर के बीच के अंतर को बेहतर ढंग से समझने के लिए।) शुरुआती परिणाम बताते हैं कि मस्तिष्क की नकल करने वाले चिप्स न केवल काफी अधिक कुशल हैं, बल्कि वे वर्तमान माइक्रोचिप्स की तुलना में अविश्वसनीय रूप से कम वाट क्षमता का उपयोग करके संचालित होते हैं।

इसी मस्तिष्क मॉडलिंग दृष्टिकोण का उपयोग करते हुए, ट्रांजिस्टर स्वयं, आपके कंप्यूटर के माइक्रोचिप का लौकिक निर्माण खंड, जल्द ही मेमरिस्टर द्वारा प्रतिस्थापित किया जा सकता है। "आयनिक्स" युग की शुरुआत करते हुए, एक संस्मरण पारंपरिक ट्रांजिस्टर पर कई दिलचस्प लाभ प्रदान करता है:

• सबसे पहले, यादें उनके माध्यम से गुजरने वाले इलेक्ट्रॉन प्रवाह को याद रख सकती हैं-भले ही बिजली काट दी जाए। अनुवादित, इसका मतलब है कि एक दिन आप अपने कंप्यूटर को अपने प्रकाश बल्ब की गति से चालू कर सकते हैं।

• ट्रांजिस्टर बाइनरी हैं, या तो 1s या 0s। इस बीच, यादों में उन चरम सीमाओं के बीच कई प्रकार की अवस्थाएँ हो सकती हैं, जैसे 0.25, 0.5, 0.747, आदि। इससे मेमरिस्टर हमारे दिमाग में सिनेप्स के समान काम करते हैं, और यह एक बड़ी बात है क्योंकि यह भविष्य की कंप्यूटिंग की एक श्रृंखला को खोल सकता है। संभावनाएं।

• इसके बाद, मेमिस्टर्स को कार्य करने के लिए सिलिकॉन की आवश्यकता नहीं होती है, माइक्रोचिप्स को और छोटा करने के लिए नई सामग्रियों का उपयोग करने के लिए सेमीकंडक्टर उद्योग के लिए मार्ग खोलना (जैसा कि पहले बताया गया है)।

• अंत में, आईबीएम और डीएआरपीए द्वारा न्यूरोमॉर्फिक कंप्यूटिंग में किए गए निष्कर्षों के समान, मेमरिस्टर पर आधारित माइक्रोचिप्स तेज हैं, कम ऊर्जा का उपयोग करते हैं, और वर्तमान में बाजार में चिप्स की तुलना में उच्च सूचना घनत्व धारण कर सकते हैं।

3डी चिप्स. पारंपरिक माइक्रोचिप्स और ट्रांजिस्टर जो उन्हें शक्ति प्रदान करते हैं, एक फ्लैट, दो-आयामी विमान पर काम करते हैं, लेकिन 2010 की शुरुआत में, अर्धचालक कंपनियों ने अपने चिप्स में तीसरा आयाम जोड़ने के साथ प्रयोग करना शुरू कर दिया। 'फिनफेट' कहा जाता है, इन नए ट्रांजिस्टर में एक चैनल होता है जो चिप की सतह से चिपक जाता है, जिससे उन्हें अपने चैनलों में होने वाली गतिविधियों पर बेहतर नियंत्रण मिलता है, जिससे वे लगभग 40 प्रतिशत तेजी से चल सकते हैं, और आधी ऊर्जा का उपयोग करके काम कर सकते हैं। हालाँकि, नकारात्मक पक्ष यह है कि इस समय इन चिप्स का उत्पादन करना काफी कठिन (महंगा) है।

लेकिन व्यक्तिगत ट्रांजिस्टर को नया स्वरूप देने से परे, भविष्य 3डी चिप्स कंप्यूटिंग और डेटा स्टोरेज को लंबवत खड़ी परतों में संयोजित करने का भी लक्ष्य है। अभी, पारंपरिक कंप्यूटर अपने प्रोसेसर से सेंटीमीटर की मेमोरी स्टिक रखते हैं। लेकिन स्मृति और प्रसंस्करण घटकों को एकीकृत करके, यह दूरी सेंटीमीटर से माइक्रोमीटर तक कम हो जाती है, जिससे प्रसंस्करण गति और ऊर्जा खपत में भारी सुधार होता है।

क्वांटम कम्प्यूटिंग. भविष्य में आगे देखते हुए, उद्यम स्तर की कंप्यूटिंग का एक बड़ा हिस्सा क्वांटम भौतिकी के अजीब कानूनों के तहत काम कर सकता है। हालांकि, इस तरह की कंप्यूटिंग के महत्व के कारण, हमने इस श्रृंखला के बिल्कुल अंत में इसका अपना अध्याय दिया।

सुपर माइक्रोचिप्स अच्छा व्यवसाय नहीं हैं

ठीक है, तो जो आपने ऊपर पढ़ा वह सब ठीक और अच्छा है- हम मानव मस्तिष्क के बाद तैयार किए गए अल्ट्रा ऊर्जा-कुशल माइक्रोचिप्स की बात कर रहे हैं जो प्रकाश की गति से चल सकते हैं-लेकिन बात यह है कि सेमीकंडक्टर चिप बनाने वाला उद्योग नहीं है इन अवधारणाओं को बड़े पैमाने पर उत्पादित वास्तविकता में बदलने के लिए अत्यधिक उत्सुक हैं।

इंटेल, सैमसंग और एएमडी जैसे टेक दिग्गजों ने पारंपरिक, सिलिकॉन-आधारित माइक्रोचिप्स का उत्पादन करने के लिए दशकों से पहले ही अरबों डॉलर का निवेश किया है। ऊपर बताई गई किसी भी नई अवधारणा को अपनाने का मतलब होगा उन निवेशों को खत्म करना और नए माइक्रोचिप मॉडल का बड़े पैमाने पर उत्पादन करने के लिए नए कारखानों के निर्माण पर अरबों अधिक खर्च करना, जिनका बिक्री ट्रैक शून्य है।

यह केवल समय और धन का निवेश नहीं है जो इन अर्धचालक कंपनियों को वापस पकड़ रहा है। अधिक शक्तिशाली माइक्रोचिप्स की उपभोक्ता मांग भी कम हो रही है। इसके बारे में सोचें: 90 के दशक और 00 के दशक के दौरान, यह लगभग एक दिया गया था कि आप अपने कंप्यूटर या फोन में व्यापार करेंगे, अगर हर साल नहीं, तो हर दूसरे साल। यह आपको उन सभी नए सॉफ़्टवेयर और एप्लिकेशन के साथ बनाए रखने देगा जो आपके घर और कार्य जीवन को आसान और बेहतर बनाने के लिए सामने आ रहे थे। इन दिनों, आप बाज़ार में नवीनतम डेस्कटॉप या लैपटॉप मॉडल में कितनी बार अपग्रेड करते हैं?

जब आप अपने स्मार्टफोन के बारे में सोचते हैं, तो आपकी जेब में वह चीज होती है जिसे सिर्फ 20 साल पहले सुपर कंप्यूटर माना जाता था। बैटरी लाइफ और मेमोरी के बारे में शिकायतों के अलावा, 2016 के बाद से खरीदे गए अधिकांश फोन किसी भी ऐप या मोबाइल गेम को चलाने में पूरी तरह से सक्षम हैं, किसी भी संगीत वीडियो को स्ट्रीम करने या अपने एसओ के साथ शरारती फेसटाइमिंग सत्र, या कुछ और जो आप अपने पर करना चाहते हैं। फ़ोन। क्या आपको वास्तव में इन चीजों को 1,000-10 प्रतिशत बेहतर तरीके से करने के लिए हर साल $15 या उससे अधिक खर्च करने की ज़रूरत है? क्या आप भी अंतर देखेंगे?

ज्यादातर लोगों के लिए, जवाब नहीं है।

मूर के नियम का भविष्य

अतीत में, सेमीकंडक्टर तकनीक में अधिकांश निवेश निधि सैन्य रक्षा खर्च से आती थी। इसके बाद इसे उपभोक्ता इलेक्ट्रॉनिक्स निर्माताओं द्वारा बदल दिया गया, और 2020-2023 तक, आगे के माइक्रोचिप विकास में अग्रणी निवेश फिर से स्थानांतरित हो जाएगा, इस बार निम्नलिखित में विशेषज्ञता वाले उद्योगों से:

• अगली पीढ़ी की सामग्री. आम जनता के लिए होलोग्राफिक, वर्चुअल और ऑगमेंटेड रियलिटी डिवाइसेज के आने से डेटा स्ट्रीमिंग की अधिक मांग को बढ़ावा मिलेगा, खासकर जब ये प्रौद्योगिकियां परिपक्व होंगी और 2020 के अंत में लोकप्रियता में वृद्धि करेंगी।

• क्लाउड कंप्यूटिंग. इस श्रंखला के अगले भाग में समझाया गया है।

• स्वायत्त वाहन. हमारे में अच्छी तरह से समझाया गया है परिवहन का भविष्य श्रृंखला.

• चीजों की इंटरनेट। हमारे में समझाया गया है चीजों की इंटरनेट हमारे में अध्याय इंटरनेट का भविष्य श्रृंखला.

• बड़ा डेटा और विश्लेषण. जिन संगठनों को नियमित रूप से डेटा क्रंचिंग की आवश्यकता होती है - सैन्य, अंतरिक्ष अन्वेषण, मौसम पूर्वानुमान, फार्मास्यूटिकल्स, लॉजिस्टिक्स इत्यादि के बारे में सोचें- एकत्रित डेटा के अपने निरंतर-विस्तारित सेट का विश्लेषण करने के लिए तेजी से शक्तिशाली कंप्यूटरों की मांग करना जारी रखेंगे।

अगली पीढ़ी के माइक्रोचिप्स में आरएंडडी के लिए फंडिंग हमेशा मौजूद रहेगी, लेकिन सवाल यह है कि क्या माइक्रोप्रोसेसरों के अधिक जटिल रूपों के लिए आवश्यक फंडिंग स्तर मूर के कानून की विकास मांगों को पूरा कर सकता है। माइक्रोचिप्स के नए रूपों पर स्विच करने और व्यावसायीकरण की लागत को देखते हुए, धीमी उपभोक्ता मांग, भविष्य के सरकारी बजट संकट और आर्थिक मंदी के साथ, संभावना है कि मूर का कानून देर से वापस लेने से पहले 2020 की शुरुआत में धीमा या रुक जाएगा। 2020 के दशक, 2030 के दशक की शुरुआत में।

मूर का नियम फिर से गति क्यों उठाएगा, ठीक है, मान लीजिए कि टर्बो-संचालित माइक्रोचिप्स कंप्यूटिंग पाइपलाइन के नीचे आने वाली एकमात्र क्रांति नहीं हैं। हमारे भविष्य के कंप्यूटर श्रृंखला में, हम क्लाउड कंप्यूटिंग के विकास को बढ़ावा देने वाले रुझानों का पता लगाएंगे।

कंप्यूटर श्रृंखला का भविष्य

मानवता को फिर से परिभाषित करने के लिए उभरते यूजर इंटरफेस: कंप्यूटर का भविष्य P1

सॉफ्टवेयर विकास का भविष्य: कंप्यूटर का भविष्य P2

डिजिटल भंडारण क्रांति: कंप्यूटर का भविष्य P3

क्लाउड कंप्यूटिंग विकेंद्रीकृत हो जाती है: कंप्यूटर का भविष्य P5

देश सबसे बड़े सुपर कंप्यूटर बनाने के लिए क्यों प्रतिस्पर्धा कर रहे हैं? कंप्यूटर का भविष्य P6

क्वांटम कंप्यूटर कैसे बदलेंगे दुनिया: कंप्यूटर का भविष्य P7