Quantumrun

KREDIYA WÊNE: Quantumrun

Zagonek Moore ya windabûyî ku ji nû ve ramana bingehîn a mîkroçîpê bişewitîne: Pêşeroja Komputeran P4

David Tal, Weşanger, Futurist
@DavidTalWrites
LinkedIn

Sêşem, 09/15/2020 - 15:39

Komputer - ew celebek mezin in. Lê ji bo ku em bi rastî meylên derketinê yên ku me heya nuha di rêzenivîsa xweya Pêşerojê ya Komputeran de îşaret kiriye binirxînin, divê em di heman demê de şoreşên ku di xeta lûleyê hesabker de diqewimin, an bi tenê: paşeroja mîkroçîpan jî fam bikin.

Ji bo ku em bingehên xwe ji rê derxin, divê em Zagona Moore, yasaya navdar a ku Dr. her 1965 heta 18 mehan. Ji ber vê yekê heman komputera ku hûn îro bi $24 bikirin dê du sal şûnda 1,000 $ mesrefa we bike.

Zêdetirî pêncî sal in, pîşesaziya nîvconductor li gorî vê qanûnê tevdigere, rê li ber pergalên xebitandinê yên nû, lîstokên vîdyoyê, vîdyoya streaming, sepanên mobîl, û her teknolojiya dîjîtal a din a ku çanda meya nûjen diyar kiriye vedike. Lê dema ku daxwaziya vê mezinbûnê xuya dike ku ew ê ji bo nîv sedsalek din jî domdar bimîne, silicon - maddeya kevirê ku hemî mîkroçîpên nûjen pê re hatine çêkirin - xuya nake ku ew ê vê daxwazê ji sala 2021-an dirêjtir derbas bike - li gorî rapora dawî ji Nexşeya Rêya Teknolojiya Navneteweyî ya ji bo Nîvconductors (ITRS)

Ew bi rastî fîzîk e: Pîşesaziya nîvconductor transîstoran berbi pîvana atomê kêm dike, pîvanek silicon dê di demek nêzîk de negunca be. Û her ku ev pîşesazî hewl dide ku siliconê ji sînorên xwe yên çêtirîn derbas bike, dê her pêşveçûna mîkroçîpê bihatir bibe.

Ev cihê ku em îro lê ne. Di nav çend salan de, silicon dê êdî nebe materyalek biha-bandor ji bo avakirina nifşa paşîn a mîkroçîpên pêşkeftî. Ev sînor dê zorê bide şoreşek elektronîkî bi zorê li pîşesaziya nîvconductor (û civakê) ku di navbera çend vebijarkan de hilbijêrin:

Vebijarka yekem ew e ku meriv pêşkeftina biha hêdî bike, an jî bi dawî bike da ku silicon bêtir piçûktir bike, ji bo dîtina awayên nû yên sêwirana mîkroçîpên ku bêyî piçûkkirina zêde hêza hilberandinê hilberîne.
Ya duyemîn, malzemeyên nû bibînin ku dikarin di pîvanên pir piçûktir de ji silicon werin manîpule kirin da ku hêjmarek pirtir transîstor têxe mîkroçîpên hîna dentir.
Ya sêyemîn, li şûna ku hûn bala xwe bidin ser kêmkirina an çêtirkirina karanîna hêzê, ji nû ve balê bikişînin ser leza pêvajoyê bi afirandina pêvajoyên ku ji bo dozên karanîna taybetî pispor in. Ev dikare were vê wateyê ku li şûna ku yek çîpek gelemperî hebe, dibe ku komputerên pêşerojê xwedan komek çîpên pispor bin. Nimûne çîpên grafîkê yên ku ji bo baştirkirina lîstikên vîdyoyê têne bikar anîn hene danasîna Google çîpê Yekîneya Pêvajoya Tensor (TPU) ya ku di serîlêdanên fêrbûna makîneyê de pispor e.
Di dawiyê de, nermalava nû û binesaziya ewr dîzayn bikin ku bêyî hewcedariya mîkroçîpên zexmtir / piçûktir dikare zûtir û bikêrtir bixebite.

Kîjan vebijark dê pîşesaziya teknolojiya me hilbijêrin? Bi rastî: hemî.

Xeta jiyanê ji bo Qanûna Moore

Navnîşa jêrîn nihêrînek kurt e li ser pêşbaziyên nûjen ên nêzîk û demdirêj ên ku di hundurê pîşesaziya nîvconductor de dê bikar bînin da ku Zagona Moore zindî bihêlin. Ev beş piçekî dagirtî ye, lê em ê hewl bidin ku wê bixwînin.

Nanomateryal. Pargîdaniyên sereke yên nîvconductor, mîna Intel, jixwe ragihand ku ew ê bibin silicon davêjin gava ku ew bigihîjin pîvanên piçûkkirinê yên heft nanometer (7nm). Namzedên ku li şûna siliconê biguhezînin îndyûm antîmonîd (InSb), îndyûm galium arsenîd (InGaAs), û silicon-germanium (SiGe) hene lê madeya ku herî zêde heyecanê digire nanotubeyên karbonê xuya dike. Ji grafît - bi xwe stûnek pêkhatî ya materyalê ecêb, grafene- hatî çêkirin - nanotubeyên karbonê dikarin atomên qalind çêbibin, pir bi rêkûpêk in, û tê texmîn kirin ku heta sala 2020-an mîkroçîpên pêşerojê pênc carî zûtir çêbikin.

Computing optîk. Yek ji kêşeyên herî mezin ên li ser sêwirana çîpê ew e ku elektron ji transîstorek berbi yekî din venekişin-berçavkirinek ku gava ku hûn têkevin asta atomê bêsînor dijwartir dibe. Teknolojiya pêşkeftî ya hesabkirina optîkî xuya dike ku elektronan bi fotonan veguhezîne, bi vî rengî ronahiyê (ne elektrîkê) ji transîstorê derbasî transîstorê dibe. li 2017, lêkolîneran gavek mezin ber bi vê armancê ve avêtin bi nîşandana şiyana hilanîna agahdariya li ser ronahiyê (foton) wekî pêlên deng li ser çîpek kompîturê. Bi karanîna vê nêzîkbûnê, mîkroçîp dikarin di sala 2025-an de nêzî leza ronahiyê bixebitin.

Spintronics. Di pêşkeftina du dehsalan de, transîstorên spintronîk hewl didin ku 'spin'a elektronê li şûna barkirina wê bikar bînin da ku agahdariyan temsîl bikin. Digel ku hîn rêyek dirêj ji bazirganîkirinê re heye, heke were çareser kirin, ev forma transîstorê dê tenê 10-20 mîlîvolt hewce bike ku bixebite, bi sedan carî ji transîstorên kevneşopî piçûktir; ev ê di heman demê de pirsgirêkên germbûna zêde yên ku pargîdaniyên nîvconductor dema ku çîpên piçûktir hildiberînin jî ji holê rake.

Hesabkirina Neuromorfîk û Memristors. Nêzîktêdayînek din a nûjen a ji bo çareserkirina vê qeyrana pêvajoyê ya xuyang di mejiyê mirovan de ye. Lêkolînerên li IBM û DARPA, bi taybetî, pêşengiya pêşkeftina celebek nû ya mîkroçîpê dikin - çîpek ku çerxên wê yên yekbûyî hatine sêwirandin da ku nêzîkatiya mêjî ya nemerkezî û ne-xêztir a hesabkirinê teqlîd bike. (Vê binihêrin Gotara ScienceBlogs ji bo ku cudahiyên di navbera mejiyê mirovan û kompîturan de baştir fam bikin.) Encamên destpêkê destnîşan dikin ku çîpên ku mejî dişibînin ne tenê bi girîngî bikêrtir in, lê ew ji mîkroçîpên îroyîn ên îroyîn bi watteke bêbawer kêmtir kar dikin.

Bi karanîna heman nêzîkatiya modela mêjî, transîstor bixwe, bloka avahiyek biwêj a mîkroçîpa komputera we, dibe ku di demek nêzîk de ji hêla memristor ve were guheztin. Di destpêka serdema "ionîk" de, memristor li ser transîstora kevneşopî gelek avantajên balkêş pêşkêşî dike:

Pêşîn, memristor dikarin herikîna elektronê ya ku di nav wan re derbas dibe bi bîr bînin - her çend elektrîk qut bibe. Wergerandin, ev tê vê wateyê ku rojek hûn dikarin komputera xwe bi heman leza ampûla xwe vekin.
Transîstor binary in, 1s an 0s. Di vê navberê de, memristor dikarin di navbera wan tundûtûjiyan de cûrbecûr rewşan hebin, mîna 0.25, 0.5, 0.747, hwd. Ev dihêle ku memristors mîna sinapsên di mejiyê me de tevbigerin, û ev karek mezin e ji ber ku ew dikare cûrbecûr hesabkirina pêşerojê veke. îmkanên.
Dûv re, memristors ji bo fonksiyonê ne hewceyî siliconê ne, rê li ber pîşesaziya nîvconductor vedike ku bi karanîna materyalên nû ceribandinê bike da ku mîkroçîp bêtir piçûktir bike (wek ku berê hatî destnîşan kirin).
Di dawiyê de, mîna vedîtinên ku ji hêla IBM û DARPA ve di hesabkirina neuromorfîk de hatine çêkirin, mîkroçîpên ku li ser memristoran têne çêkirin zûtir in, kêmtir enerjiyê bikar tînin, û dikarin ji çîpên ku niha li sûkê ne dengek agahdariyek bilindtir bigirin.

çîpên 3D. Mîkroçîpên kevneşopî û transîstorên ku wan hêzê didin wan li ser balafirek dualî, dualî dixebitin, lê di destpêka salên 2010-an de, pargîdaniyên nîvconductor dest bi ceribandina zêdekirina pîvanek sêyemîn li çîpên xwe kirin. Van transîstorên nû ku jê re 'finFET' tê gotin, kanalek heye ku ji rûyê çîpê hildiweşe, baştir kontrol dike li ser tiştên ku di kanalên wan de pêk tê, dihêle ku ew ji sedî 40 zûtir bimeşînin, û nîvê enerjiyê bikar bînin. Lêbelê, nebaş ev e ku hilberîna van çîpên di vê demê de pir dijwartir (bihatir) e.

Lê ji nû ve sêwirana transîstorên kesane, pêşeroj çîpên 3D di heman demê de armanc dikin ku hesabkirin û hilanîna daneyê di qatên vertîkal de berhev bikin. Heya nuha, komputerên kevneşopî çîpên bîranîna xwe bi santîmetreyî ji pêvajoya wê digirin. Lê bi entegrekirina bîr û hêmanên pêvajoyê re, ev dûrahî ji santîmetre berbi mîkrometreyan dadikeve, di leza pêvajoyê û xerckirina enerjiyê de çêtirbûnek mezin çêdike.

Hesabkirina Quantum. Li paşerojê dinêre, parçeyek mezin a hesabkirina asta pargîdanî dikare di bin qanûnên fêlbaz ên fîzîka quantum de bixebite. Lêbelê, ji ber girîngiya bi vî rengî hesabkirinê, me di dawiya vê rêzê de beşa xwe da.

Super mîkroçîp ne karsaziyek baş e

Baş e, ji ber vê yekê ya ku we li jor xwend hemî baş û baş e - em behsa mîkroçîpên enerjiyê yên ultra ku li gorî mêjiyê mirovan hatine model kirin ku dikarin bi leza ronahiyê bimeşin - lê tişt ev e ku pîşesaziya çêkirina çîpên nîvconductor ne wusa ye. pir bi xîret e ku van têgehan veguherîne rastiyek girseyî.

Dêwên teknolojiyê, mîna Intel, Samsung, û AMD, jixwe di dehsalan de bi mîlyaran dolar veberhênan kirine da ku mîkroçîpên kevneşopî, bingeha silicon hilberînin. Veguheztina li her yek ji têgehên nû yên ku li jor hatine destnîşan kirin dê were wateya hilweşandina wan veberhênanan û xerckirina bi mîlyaran zêdetir ji bo avakirina kargehên nû ji bo hilberîna girseyî modelên mîkroçîpên nû yên ku xwedan şopa firotanê ya sifir e.

Ne tenê veberhênana dem û drav e ku van pargîdaniyên nîvconductor paşde digire. Daxwaza xerîdar a ji bo mîkroçîpên bihêztir jî her ku diçe kêm dibe. Bifikirin: Di salên 90-an de û piraniya salên 00-an de, hema wusa diyar bû ku hûn ê bi komputer an têlefona xwe bazirganî bikin, heke ne her sal, wê hingê her sal. Ev ê bihêle ku hûn bi hemî nermalava nû û serîlêdanên ku derketine ji bo ku jiyana mal û karê we hêsantir û çêtir bikin bişopînin. Van rojan, hûn çend caran li ser sûkê modela herî dawî ya sermaseyê an laptopê nûve dikin?

Dema ku hûn li smartphone xwe difikirin, di berîka we de tiştê ku tenê 20 sal berê wekî superkomputer dihat hesibandin heye. Ji xeynî giliyên li ser jiyana baterî û bîranînê, piraniya têlefonên ku ji sala 2016-an vir ve hatine kirîn bi tevahî dikarin her sepan an lîstikek desta bimeşînin, bi SO-ya xwe re vîdyoyek muzîkê an danişîna rûkenî ya nerazî biweşînin, an pir tiştê ku hûn dixwazin li ser xwe bikin. telefonê. Ma hûn bi rastî hewce ne ku her sal 1,000 $ an bêtir xerc bikin da ku van tiştan ji sedî 10-15 çêtir bikin? Ma hûn ê cûdahiyê jî bibînin?

Ji bo pir kesan, bersiv na ye.

Pêşeroja Qanûna Moore

Di paşerojê de, piraniya fonên veberhênanê di teknolojiya nîvconductor de ji lêçûnên berevaniya leşkerî dihat. Dûv re ew ji hêla hilberînerên elektronîkî yên xerîdar ve hate guheztin, û heya 2020-2023-an, veberhênana pêşeng a pêşkeftina mîkroçîpê dê dîsa veguheze, vê carê ji pîşesaziyên pispor ên jêrîn:

Naveroka Next-Gen. Danasîna dahatûya cîhazên rastiya holografîk, virtual û zêdekirî ji raya giştî re dê daxwazek mezin ji bo weşana daneyê zêde bike, nemaze ku van teknolojiyên di dawiya salên 2020-an de mezin dibin û populerbûna xwe zêde dikin.
Cloud computing. Di beşa pêş a vê rêzenivîsê de hatiye ravekirin.
Wesayîtên xweser. Di me de bi berfirehî hatiye ravekirin Pêşeroja Veguhestinê doranî.
Înternetê tiştan. Di me de hatiye ravekirin Internet ji Things beşa me Pêşeroja Înternetê doranî.
Daneyên mezin û analîtîk. Rêxistinên ku pêdivî bi qutkirina daneyan bi rêkûpêk heye - artêş, keşfkirina fezayê, pêşbînkerên hewayê, derman, lojîstîk, hwd.- bifikirin - dê bidomînin ku daxwaziya komputerên bihêztir bikin da ku berhevokên wan ên ku her gav berfireh dibin daneyên berhevkirî analîz bikin.

Fînansekirina R&D di mîkroçîpên nifşê paşîn de dê her gav hebe, lê pirs ev e ku gelo asta darayî ya ku ji bo formên tevlihevtir ên mîkroprosesor hewce dike dikare bi daxwazên mezinbûna Qanûna Moore re bidome. Ji ber lêçûna guheztin û bazirganîkirina formên nû yên mîkroçîpê, digel hêdîbûna daxwaziya xerîdar, qutbûna budceya hukûmetê ya pêşerojê û paşveçûnên aborî, şans ev in ku Qanûna Moore di destpêka-2020-an de hêdî hêdî an bi kurtî raweste, berî ku di dereng de were hilanîn. 2020, destpêka 2030.

Li ser vê yekê ku çima Zagona Moore dê dîsa lezê zêde bike, baş e, em tenê bibêjin ku mîkroçîpên turbo-hêzdar ne şoreşa tenê ne ku di lûleya hesabkirinê de tê xwarê. Dûv re di rêzenivîsa xweya Pêşerojê ya Komputeran de, em ê meylên ku mezinbûna komputera ewr dişoxilînin lêkolîn bikin.