Мурын хууль нь бүдгэрч байгаа нь микрочипийн талаар үндсийг нь өөрчлөхөд түлхэц болно: Компьютерийн ирээдүй P4

Компьютерууд бол маш том асуудал юм. Гэхдээ "Компьютерийн ирээдүй" цувралд бидний одоог хүртэл дурдсан шинээр гарч ирж буй чиг хандлагыг үнэхээр үнэлэхийн тулд бид тооцооллын шугамын хурдацтай хурдацтай гүйх хувьсгал буюу микрочипийн ирээдүйг ойлгох хэрэгтэй.

Үндсэн ойлголтыг арилгахын тулд бид Мурын хуулийг ойлгох ёстой, одоо алдартай Доктор Гордон Э. Мурын 1965 онд үндэслэсэн хууль. Үндсэндээ эдгээр бүх арван жилийн өмнө Мурын ойлгосон зүйл бол нэгдсэн хэлхээн дэх транзисторын тоо хоёр дахин нэмэгддэг явдал юм. 18-24 сар тутамд. Ийм учраас өнөөдөр 1,000 доллараар худалдаж авсан компьютер хоёр жилийн дараа 500 долларын үнэтэй байх болно.

Хагас дамжуулагчийн салбар тав гаруй жилийн турш энэ хуулийн нийлмэл чиг хандлагыг дагаж мөрдөж, шинэ үйлдлийн систем, видео тоглоом, стриминг видео, мобайл программууд болон бидний орчин үеийн соёлыг тодорхойлсон бусад бүх дижитал технологийн замыг зассан. Гэвч энэ өсөлтийн эрэлт хагас зуун жилийн турш тогтвортой байх мэт харагдаж байгаа ч орчин үеийн бүх микрочипүүдийн үндсэн чулуулгийн материал болох цахиур нь 2021 он гэхэд илүү урт хугацаанд эрэлтийг хангахгүй юм шиг харагдаж байна. хамгийн сүүлийн тайлан Хагас дамжуулагчийн олон улсын технологийн замын зураг (ITRS)

Энэ бол үнэхээр физик юм: хагас дамжуулагчийн үйлдвэр нь транзисторыг атомын хэмжээнд хүртэл багасгаж байна, цар хүрээтэй цахиур удахгүй тохиромжгүй болно. Мөн энэ салбар цахиурыг оновчтой хязгаараасаа хэтрүүлэхийг оролдох тусам микрочип бүрийн хувьсал илүү үнэтэй болно.

Энэ бол бид өнөөдөр байгаа газар юм. Хэдэн жилийн дараа цахиур нь шинэ үеийн бичил чипүүдийг бүтээхэд хэмнэлттэй материал байхаа болино. Энэ хязгаарлалт нь хагас дамжуулагч үйлдвэрийг (болон нийгмийг) хэд хэдэн сонголтоос сонгохыг албадах замаар электроникийн хувьсгал хийх болно.

• Эхний сонголт бол цахиурыг жижгэрүүлэхийн тулд өндөр өртөгтэй бүтээн байгуулалтыг удаашруулж, дуусгах бөгөөд ингэснээр нэмэлт жижигрүүлэхгүйгээр илүү их боловсруулалтын хүчин чадал бий болгодог микрочип зохион бүтээх шинэ арга замыг хайж олох явдал юм.

• Хоёрдугаарт, илүү олон тооны транзисторыг илүү нягт микрочип болгон дүүргэхийн тулд цахиураас хамаагүй бага хэмжээгээр удирдаж болох шинэ материалыг хайж олох.

• Гуравдугаарт, жижигрүүлэх эсвэл эрчим хүчний хэрэглээг сайжруулахад анхаарлаа хандуулахын оронд тодорхой хэрэглээний тохиолдолд тусгайлан боловсруулсан процессоруудыг бий болгох замаар боловсруулалтын хурдад анхаарлаа хандуулаарай. Энэ нь нэг ерөнхий чиптэй байхын оронд ирээдүйн компьютерууд тусгайлсан чипүүдийн кластертай байж магадгүй гэсэн үг юм. Жишээлбэл, видео тоглоомыг сайжруулахад ашигладаг график чипүүд орно Google-ийн танилцуулга машин сургалтын програмуудад мэргэшсэн Tensor Processing Unit (TPU) чип.

• Эцэст нь, нягт/жижиг микрочип шаардлагагүйгээр илүү хурдан, үр ашигтай ажиллах боломжтой шинэ программ хангамж, үүлэн дэд бүтцийг зохион бүтээх.

Манай технологийн салбар аль хувилбарыг сонгох вэ? Бодит байдал дээр: бүгдээрээ.

Мурын хуулийн амьдралын шугам

Дараах жагсаалт нь хагас дамжуулагчийн салбарын өрсөлдөгчид Мурын хуулийг амьд байлгахын тулд ашиглах ойрын болон урт хугацааны инновацийн товч тойм юм. Энэ хэсэг нь бага зэрэг нягт, гэхдээ бид үүнийг унших боломжтой байлгахыг хичээх болно.

Nanomaterials. Интел зэрэг хагас дамжуулагчийн тэргүүлэгч компаниуд үүнийг хийхээ аль хэдийн зарласан цахиур дусаана Тэд долоон нанометрийн (7нм) жижигрүүлэх масштабтай болоход хүрнэ. Цахиурыг орлуулах нэр дэвшигчид нь индий антимонид (InSb), индий галлиум арсенид (InGaAs), цахиур-германий (SiGe) багтдаг боловч хамгийн их сэтгэл хөдөлгөм материал нь нүүрстөрөгчийн нано хоолой юм. Гайхамшигт материал болох графинаас бүрдсэн нүүрстөрөгчийн нано гуурсыг графитаар хийсэн бөгөөд атомыг зузаан болгож, маш их дамжуулагч бөгөөд 2020 он гэхэд ирээдүйн микрочипүүдийг тав дахин хурдан хийх боломжтой гэж тооцоолж байна.

Оптик тооцоолол. Чип зохион бүтээхэд тулгардаг хамгийн том бэрхшээлүүдийн нэг бол электронууд нэг транзистороос нөгөөд шилжихгүй байх явдал юм. Шинээр гарч ирж буй оптик тооцооллын технологи нь электроныг фотоноор солих гэж байгаа бөгөөд ингэснээр гэрэл (цахилгаан биш) транзистороос транзистор руу дамждаг. 2017 онд, судлаачид гэрэлд суурилсан мэдээллийг (фотон) дууны долгион болгон компьютерийн чип дээр хадгалах чадварыг харуулсанаар энэ зорилгод хүрэх асар том алхам хийсэн. Энэ аргыг ашигласнаар микрочипүүд 2025 он гэхэд гэрлийн хурдтай ойролцоо ажиллах боломжтой.

Спинтроник. Хорь гаруй жилийн хөгжлийн явцад спинтроник транзисторууд мэдээллийг илэрхийлэхийн тулд электроны цэнэгийн оронд түүний "эргэлтийг" ашиглахыг оролддог. Арилжааны эргэлтээс хол байгаа хэдий ч үүнийг шийдэж чадвал энэ төрлийн транзисторыг ажиллуулахын тулд ердийн транзистороос хэдэн зуу дахин бага хүчин чадалтай 10-20 милливольт хэрэгтэй болно; Энэ нь хагас дамжуулагч компаниудад илүү жижиг чип үйлдвэрлэхэд тулгардаг хэт халалтын асуудлыг арилгах болно.

Нейроморфик тооцоолол ба мемристорууд. Энэхүү удахгүй болох процессын хямралыг шийдвэрлэх өөр нэг шинэ арга бол хүний ​​тархинд оршдог. Ялангуяа IBM болон DARPA-ийн судлаачид шинэ төрлийн бичил чип буюу нэгдсэн хэлхээ нь тархины илүү төвлөрсөн бус, шугаман бус тооцооллын хандлагыг дуурайх зориулалттай чип бүтээх ажлыг удирдаж байна. (Үүнийг үзээрэй ScienceBlogs нийтлэл Хүний тархи болон компьютерийн ялгааг илүү сайн ойлгохын тулд.) Эхний үр дүнгээс харахад тархийг дуурайдаг чипүүд нь илүү үр дүнтэй төдийгүй одоогийн микрочипээс гайхалтай бага ваттаар ажилладаг.

Тархины загварчлалын энэ аргыг ашигласнаар таны компьютерийн микрочипийн зүйр үг болох транзистор өөрөө удахгүй мемристороор солигдож магадгүй юм. "Ионы" эрин үеийг эхлүүлж, мемристор нь уламжлалт транзистороос хэд хэдэн сонирхолтой давуу талыг санал болгодог.

• Нэгдүгээрт, мемеристорууд цахилгаан тасарсан ч гэсэн тэдгээрийн дундуур дамждаг электрон урсгалыг санаж чадна. Энэ нь нэг л өдөр та гэрлийн чийдэнтэйгээ ижил хурдаар компьютерээ асааж болно гэсэн үг.

• Транзисторууд нь 1 эсвэл 0 гэсэн хоёртын систем юм. Үүний зэрэгцээ мемристорууд нь 0.25, 0.5, 0.747 гэх мэт туйлын хооронд янз бүрийн төлөвтэй байж болно. Энэ нь мемристоруудыг бидний тархи дахь синапстай төстэй ажиллуулдаг бөгөөд энэ нь ирээдүйн тооцооллын хүрээг нээж өгч чадах тул маш том асуудал юм. боломжууд.

• Дараа нь, мемеристорууд ажиллахад цахиур хэрэггүй бөгөөд энэ нь хагас дамжуулагчийн үйлдвэрлэлд микрочипүүдийг жижигрүүлэх шинэ материал ашиглах туршилт хийх боломжийг нээж өгсөн (өмнөхдөө дурдсанчлан).

• Эцэст нь IBM болон DARPA-ийн нейроморф тооцоололд хийсэн ололттой адил мемристор дээр суурилсан микрочипүүд нь одоогийн зах зээл дээр байгаа чипүүдээс илүү хурдан, бага эрчим хүч зарцуулдаг бөгөөд мэдээллийн нягтрал ихтэй байдаг.

3D чипүүд. Уламжлалт микрочипүүд болон тэдгээрийг тэжээдэг транзисторууд нь хавтгай, хоёр хэмжээст хавтгай дээр ажилладаг боловч 2010-аад оны эхээр хагас дамжуулагч компаниуд чипэндээ гуравдагч хэмжээсийг нэмэх туршилт хийж эхэлсэн. "FinFET" гэж нэрлэгддэг эдгээр шинэ транзисторууд нь чипийн гадаргуугаас наалддаг сувагтай бөгөөд сувагт юу болж байгааг илүү сайн хянаж, бараг 40 хувиар хурдан ажиллах боломжийг олгож, эрчим хүчний хагасыг ашиглан ажиллах боломжийг олгодог. Гэсэн хэдий ч сул тал нь эдгээр чипийг үйлдвэрлэхэд одоогийн байдлаар илүү хэцүү (өртөг) байгаа юм.

Гэхдээ хувь хүний ​​транзисторыг дахин төлөвлөхөөс гадна ирээдүй 3D чипүүд Мөн босоо тэнхлэгт давхарласан давхаргууд дахь тооцоолол болон өгөгдөл хадгалалтыг хослуулахыг зорьж байна. Яг одоо уламжлалт компьютерууд санах ойн зөөгчөө процессороос нь сантиметр зайд байрлуулдаг. Гэхдээ санах ой болон боловсруулалтын бүрэлдэхүүн хэсгүүдийг нэгтгэснээр энэ зай нь сантиметрээс микрометр хүртэл буурч, боловсруулалтын хурд болон эрчим хүчний хэрэглээг асар их сайжруулах боломжийг олгодог.

Квантын тооцоолол. Ирээдүй рүү харахад аж ахуйн нэгжийн түвшний тооцооллын томоохон хэсэг нь квант физикийн гайхалтай хуулиудын дагуу ажиллах боломжтой. Гэсэн хэдий ч энэ төрлийн тооцооллын ач холбогдлын улмаас бид энэ цувралын төгсгөлд өөрийн гэсэн бүлгийг өгсөн.

Супер микрочип бол тийм ч сайн бизнес биш

За, таны дээр уншсан зүйл бол сайн, сайн байна—бид гэрлийн хурдаар ажилладаг хүний ​​тархины загварчилсан хэт хэмнэлттэй микрочипүүдийн тухай ярьж байна—гэхдээ гол зүйл бол хагас дамжуулагч чип үйлдвэрлэх салбар тийм биш юм. Эдгээр үзэл баримтлалыг олноор үйлдвэрлэсэн бодит байдал болгон хувиргах хүсэл эрмэлзэл.

Intel, Samsung, AMD зэрэг технологийн аваргууд уламжлалт цахиурт суурилсан микрочип үйлдвэрлэхийн тулд хэдэн арван жилийн хугацаанд хэдэн тэрбум долларын хөрөнгө оруулалт хийжээ. Дээр дурдсан шинэ үзэл баримтлалд шилжих нь эдгээр хөрөнгө оруулалтаас татгалзаж, борлуулалтын амжилт нь тэгтэй тэнцэх шинэ микрочип загваруудыг олноор үйлдвэрлэх шинэ үйлдвэрүүд барихад тэрбум тэрбумаар нь зарцуулна гэсэн үг юм.

Эдгээр хагас дамжуулагч компаниудыг саатуулж байгаа нь зөвхөн цаг хугацаа, мөнгөний хөрөнгө оруулалт биш юм. Илүү хүчирхэг микрочипүүдийн хэрэглэгчдийн эрэлт ч мөн буурч байна. Бодоод үз дээ: 90-ээд оны үед болон 00-аад оны ихэнх үед та компьютер эсвэл утсаа жил бүр биш юмаа гэхэд хоёр жил тутам худалдаалах нь бараг тодорхой байсан. Энэ нь таны гэр болон ажлын амьдралыг илүү хялбар болгохын тулд гарч ирж буй бүх шинэ программ хангамж, програмуудыг дагаж мөрдөх боломжийг танд олгоно. Эдгээр өдрүүдэд та зах зээл дээрх хамгийн сүүлийн үеийн ширээний компьютер эсвэл зөөврийн компьютерын загвар руу хэр олон удаа шинэчилдэг вэ?

Ухаалаг утсаа бодоход 20 жилийн өмнө супер компьютерт тооцогдож байсан зүйл таны халаасанд байна. 2016 оноос хойш худалдаж авсан ихэнх утаснууд нь батерейны хугацаа, санах ойтой холбоотой гомдлуудаас гадна ямар ч програм эсвэл гар утасны тоглоом ажиллуулах, SO-тойгоо ямар ч дууны видео, дэггүй нүүр царайны сессийг дамжуулах, эсвэл таны гар утсан дээр хийхийг хүссэн бусад бүх зүйлийг хийх төгс чадвартай. утас. Та эдгээр зүйлсийг 1,000-10 хувиар илүү сайн хийхийн тулд жил бүр 15 доллар ба түүнээс дээш мөнгө зарцуулах шаардлагатай юу? Та ялгааг нь анзаарах болов уу?

Ихэнх хүмүүсийн хувьд хариулт нь үгүй.

Мурын хуулийн ирээдүй

Өмнө нь хагас дамжуулагч технологийн хөрөнгө оруулалтын ихэнх санхүүжилтийг цэргийн батлан ​​хамгаалах зардлаас бүрдүүлдэг байсан. Дараа нь үүнийг хэрэглээний цахилгаан бараа үйлдвэрлэгчид сольсон бөгөөд 2020-2023 он гэхэд микрочипийг хөгжүүлэхэд чиглэсэн тэргүүлэх хөрөнгө оруулалт энэ удаад дараах чиглэлээр мэргэшсэн салбаруудаас дахин шилжинэ.

• Дараагийн үеийн контент. Голограф, виртуаль болон өргөтгөсөн бодит байдлын төхөөрөмжүүдийг олон нийтэд танилцуулж байгаа нь өгөгдлийн урсгалын эрэлт хэрэгцээг нэмэгдүүлэх болно, ялангуяа эдгээр технологиуд 2020-иод оны сүүлээр боловсорч, алдар нэр нь өсөх тусам.

• Үүл тооцоолох. Энэ цувралын дараагийн хэсэгт тайлбарлав.

• Автономит тээврийн хэрэгсэл. Манайд сайтар тайлбарласан Тээврийн ирээдүй цуврал.

• Юмны интернет. Манайд тайлбарласан Зүйлс Интернэт манай бүлэгт Интернетийн ирээдүй цуврал.

• Том өгөгдөл ба аналитик. Арми, сансар судлал, цаг уурын мэдээлэгч, эм зүй, ложистик гэх мэт тогтмол мэдээлэл цуглуулах шаардлагатай байгууллагууд цуглуулсан мэдээлэлдээ дүн шинжилгээ хийхэд улам бүр хүчирхэг компьютер шаардсаар байх болно.

Дараагийн үеийн микрочипүүдийн судалгаа, боловсруулалтын санхүүжилт үргэлж байх болно, гэхдээ илүү төвөгтэй микропроцессоруудад шаардагдах санхүүжилтийн түвшин Мурын хуулийн өсөлтийн шаардлагыг хангаж чадах эсэх нь асуулт юм. Микрочипийн шинэ хэлбэрт шилжих, худалдаанд гаргах зардал, хэрэглэгчийн эрэлт удааширч, засгийн газрын ирээдүйн төсвийн хямрал, эдийн засгийн уналт зэргийг харгалзан үзвэл Мурын хууль 2020-иод оны эхээр удаашрах эсвэл богино хугацаанд зогсох магадлалтай. 2020, 2030-аад оны эхэн үе.

Мурын хууль яагаад хурдаа ахиулж байгаа бол, турбо хөдөлгүүртэй микрочипүүд нь тооцоолох дамжуулах хоолойд гарч буй цорын ганц хувьсгал биш гэдгийг хэлье. Дараагийн "Компьютерийн ирээдүй" цувралд бид үүлэн тооцооллын өсөлтийг өдөөж буй чиг хандлагыг судлах болно.

Компьютерийн ирээдүй цуврал

Хүн төрөлхтнийг дахин тодорхойлох шинэ хэрэглэгчийн интерфейсүүд: Компьютерийн ирээдүй P1

Програм хангамжийн хөгжлийн ирээдүй: Компьютерийн ирээдүй P2

Дижитал хадгалалтын хувьсгал: Компьютерийн ирээдүй P3

Үүлэн тооцоолол нь төвлөрсөн бус болсон: Компьютерийн ирээдүй P5

Яагаад улс орнууд хамгийн том суперкомпьютер бүтээхээр өрсөлдөж байна вэ? Компьютерийн ирээдүй P6

Квантын компьютер дэлхийг хэрхэн өөрчлөх вэ: Компьютерийн ирээдүй P7