एक लुकेको मूरको कानूनले माइक्रोचिप्सको आधारभूत पुनर्विचारलाई जगाउँछ: कम्प्युटर P4 को भविष्य

कम्प्युटरहरू - तिनीहरू एक प्रकारको ठूलो कुरा हुन्। तर हामीले हाम्रो फ्यूचर अफ कम्प्यूटर शृङ्खलामा अहिलेसम्म संकेत गरेका उदीयमान प्रवृतिहरूको साँच्चिकै कदर गर्न, हामीले कम्प्युटेसनल पाइपलाइन वा सरल रूपमा: माइक्रोचिप्सको भविष्यलाई पनि बुझ्नुपर्छ।

आधारभूत कुराहरू बाहिर निकाल्नको लागि, हामीले मूरको कानून बुझ्नु पर्छ, जुन अहिलेको प्रसिद्ध कानून डा. गोर्डन ई. मूरले 1965 मा स्थापित गरेको थियो। मूलतः, मूरले ती सबै दशकहरू पहिले के बुझेका थिए कि एक एकीकृत सर्किटमा ट्रान्जिस्टरहरूको संख्या दोब्बर हुन्छ। प्रत्येक 18 देखि 24 महिनामा। यही कारणले गर्दा तपाईंले आज $ 1,000 मा किन्नु भएको कम्प्युटरले अबदेखि दुई वर्षमा $ 500 खर्च गर्नेछ।

पचास वर्ष भन्दा बढीको लागि, सेमीकन्डक्टर उद्योगले नयाँ अपरेटिङ सिस्टम, भिडियो गेम, स्ट्रिमिङ भिडियो, मोबाइल एप्स, र हाम्रो आधुनिक संस्कृतिलाई परिभाषित गर्ने हरेक अन्य डिजिटल प्रविधिको लागि मार्ग प्रशस्त गर्दै यस कानूनको कम्पाउन्डिङ ट्रेन्डलाइनमा बाँचिरहेको छ। तर यो वृद्धिको माग अझै अर्को आधा शताब्दीसम्म स्थिर रहने देखिन्छ, सिलिकन—सबै आधुनिक माइक्रोचिपहरू बनेको आधारभूत सामग्री—यसले २०२१ को लामो समयसम्मको माग पूरा गर्ने जस्तो देखिँदैन—अन्तरगत अनुसार बाट अन्तिम रिपोर्ट सेमीकन्डक्टरहरूको लागि अन्तर्राष्ट्रिय प्रविधि रोडम्याप (ITRS)

यो साँच्चै भौतिक विज्ञान हो: अर्धचालक उद्योगले परमाणु स्केलमा ट्रान्जिस्टरहरू कम गर्दैछ, एक स्केल सिलिकन चाँडै अयोग्य हुनेछ। र जति धेरै यस उद्योगले सिलिकनलाई यसको इष्टतम सीमाहरू पार गर्ने प्रयास गर्छ, प्रत्येक माइक्रोचिप विकास जति महँगो हुनेछ।

हामी आज यो ठाउँमा छौं। केही वर्षहरूमा, सिलिकन अब अत्याधुनिक माइक्रोचिपहरूको अर्को पुस्ता निर्माण गर्न लागत-प्रभावी सामग्री हुनेछैन। यो सीमाले सेमीकन्डक्टर उद्योग (र समाज) लाई केहि विकल्पहरू बीच छनौट गर्न बाध्य पारेर इलेक्ट्रोनिक्समा क्रान्तिलाई बल पुर्‍याउनेछ:

• पहिलो विकल्प भनेको सिलिकनलाई थप लघुकरण गर्नको लागि महँगो विकासलाई ढिलो, वा अन्त्य गर्नु हो, माइक्रोचिपहरू डिजाइन गर्ने नयाँ तरिकाहरू खोज्ने पक्षमा जसले अतिरिक्त लघुकरण बिना थप प्रशोधन शक्ति उत्पन्न गर्छ।

• दोस्रो, नयाँ सामग्रीहरू फेला पार्नुहोस् जुन सिलिकन भन्दा धेरै साना स्केलहरूमा हेरफेर गर्न सकिन्छ जुन धेरै संख्यामा ट्रान्जिस्टरहरू पनि सघन माइक्रोचिपहरूमा भर्न सकिन्छ।

• तेस्रो, लघुकरण वा पावर उपयोग सुधारहरूमा ध्यान केन्द्रित गर्नुको सट्टा, विशेष प्रयोगका केसहरूको लागि विशेषीकृत प्रोसेसरहरू सिर्जना गरेर प्रशोधनको गतिमा पुनः फोकस गर्नुहोस्। यसको मतलब एउटा सामान्य चिप हुनुको सट्टा, भविष्यका कम्प्युटरहरूमा विशेषज्ञ चिपहरूको क्लस्टर हुन सक्छ। उदाहरणहरूमा भिडियो गेमहरू सुधार गर्न प्रयोग गरिने ग्राफिक्स चिपहरू समावेश छन् Google को परिचय टेन्सर प्रोसेसिङ युनिट (TPU) चिप जसले मेसिन लर्निङ एपहरूमा विशेषज्ञता दिन्छ।

• अन्तमा, नयाँ सफ्टवेयर र क्लाउड पूर्वाधार डिजाइन गर्नुहोस् जसले घना/साना माइक्रोचिप्सको आवश्यकता बिना छिटो र अधिक कुशलतापूर्वक सञ्चालन गर्न सक्छ।

हाम्रो प्राविधिक उद्योगले कुन विकल्प रोज्छ? यथार्थवादी: ती सबै।

मूरको कानूनको लागि जीवन रेखा

निम्न सूची सेमीकन्डक्टर उद्योग भित्रका निकट र दीर्घकालीन आविष्कारहरू प्रतियोगीहरूले मूरको कानूनलाई जीवित राख्न प्रयोग गर्नेछन् भन्ने संक्षिप्त झलक हो। यो भाग अलि घना छ, तर हामी यसलाई पढ्न योग्य राख्न प्रयास गर्नेछौं।

नानो सामग्री। इन्टेल जस्ता प्रमुख अर्धचालक कम्पनीहरूले पहिले नै घोषणा गरिसकेका छन् सिलिकन छोड्नुहोस् एक पटक तिनीहरू सात न्यानोमिटर (7nm) को लघुकरण स्केलमा पुग्छन्। सिलिकन प्रतिस्थापन गर्ने उम्मेदवारहरूले इन्डियम एन्टिमोनाइड (InSb), इन्डियम ग्यालियम आर्सेनाइड (InGaAs), र सिलिकन-जर्मेनियम (SiGe) समावेश गर्दछ तर सबैभन्दा उत्साहजनक सामग्री कार्बन नानोट्यूब जस्तो देखिन्छ। ग्रेफाइटबाट बनेको - आफैंमा अचम्मको सामग्रीको कम्पोजिट स्ट्याक हो, ग्राफिन - कार्बन नानोट्यूबहरू परमाणुहरू बाक्लो बनाउन सकिन्छ, अत्यन्त प्रवाहकीय छन्, र 2020 सम्ममा भविष्यको माइक्रोचिपहरू पाँच गुणा छिटो बनाउने अनुमान गरिएको छ।

अप्टिकल कम्प्युटिङ। चिपहरू डिजाइन गर्ने वरपरको सबैभन्दा ठूलो चुनौती भनेको इलेक्ट्रोनहरू एक ट्रान्जिस्टरबाट अर्को ट्रान्जिस्टरमा नछोड्ने सुनिश्चित गर्नु हो - यो विचार जुन तपाईं परमाणु स्तरमा प्रवेश गरेपछि असीम रूपमा कठिन हुन्छ। अप्टिकल कम्प्युटिङको उदीयमान प्रविधिले इलेक्ट्रोनहरूलाई फोटोनहरूसँग प्रतिस्थापन गर्ने देखिन्छ, जसमा प्रकाश (बिजुली होइन) ट्रान्जिस्टरबाट ट्रान्जिस्टरमा जान्छ। 2017 मा, अनुसन्धानकर्ताहरूले कम्प्युटर चिपमा ध्वनि तरंगहरूको रूपमा प्रकाश-आधारित जानकारी (फोटोनहरू) भण्डारण गर्ने क्षमता प्रदर्शन गरेर यो लक्ष्य तिर एक विशाल कदम उठाए। यो दृष्टिकोण प्रयोग गरेर, माइक्रोचिपहरू 2025 सम्म प्रकाशको गतिको नजिक काम गर्न सक्नेछन्।

स्पिन्ट्रोनिक्स। विकासमा दुई दशक भन्दा बढी, स्पिन्ट्रोनिक ट्रान्जिस्टरहरूले सूचना प्रतिनिधित्व गर्न यसको चार्जको सट्टा इलेक्ट्रोनको 'स्पिन' प्रयोग गर्ने प्रयास गर्छन्। व्यावसायीकरणबाट अझै लामो दूरीमा, यदि समाधान गरियो भने, ट्रान्जिस्टरको यो रूपलाई सञ्चालन गर्नको लागि 10-20 मिलिभोल्ट मात्र चाहिन्छ, पारंपरिक ट्रान्जिस्टरहरू भन्दा सयौं गुणा सानो; यसले सेमीकन्डक्टर कम्पनीहरूले कहिल्यै साना चिपहरू उत्पादन गर्दा सामना गर्ने ओभरहेटिंग समस्याहरूलाई पनि हटाउनेछ।

न्यूरोमोर्फिक कम्प्युटिङ र मेमरिस्टर्स। यो बढ्दो प्रशोधन संकट समाधान गर्ने अर्को उपन्यास दृष्टिकोण मानव मस्तिष्कमा छ। विशेष गरी, IBM र DARPA मा अनुसन्धानकर्ताहरूले नयाँ प्रकारको माइक्रोचिपको विकासको नेतृत्व गरिरहेका छन् - एक चिप जसको एकीकृत सर्किटहरू कम्प्युटिङमा मस्तिष्कको अधिक विकेन्द्रीकृत र गैर-रेखीय दृष्टिकोणको नक्कल गर्न डिजाइन गरिएको हो। (यो हेर्नुहोस् ScienceBlogs लेख मानव मस्तिष्क र कम्प्युटरहरू बीचको भिन्नतालाई अझ राम्ररी बुझ्नको लागि।) प्रारम्भिक नतिजाहरूले संकेत गर्दछ कि मस्तिष्कको नक्कल गर्ने चिपहरू उल्लेखनीय रूपमा बढी प्रभावशाली मात्र होइनन्, तर तिनीहरू अहिलेका माइक्रोचिपहरू भन्दा अविश्वसनीय रूपमा कम वाटेट प्रयोग गरेर सञ्चालन गर्छन्।

यही मस्तिष्क मोडलिङ दृष्टिकोण प्रयोग गरेर, ट्रान्जिस्टर आफैं, तपाईंको कम्प्युटरको माइक्रोचिपको प्रवचनात्मक निर्माण ब्लक, चाँडै मेमरिस्टरले प्रतिस्थापन गर्न सक्छ। "ionics" युगमा प्रवेश गर्दै, एक मेमरिस्टरले परम्परागत ट्रान्जिस्टर भन्दा धेरै रोचक फाइदाहरू प्रदान गर्दछ:

• पहिलो, स्मरणकर्ताहरूले तिनीहरूबाट गुज्रिरहेको इलेक्ट्रोन प्रवाहलाई सम्झन सक्छन् - शक्ति काटिए पनि। अनुवादित, यसको मतलब एक दिन तपाईंले आफ्नो लाइट बल्बको गतिमा आफ्नो कम्प्युटर खोल्न सक्नुहुन्छ।

• ट्रान्जिस्टरहरू बाइनरी हुन्, या त 1s वा 0s। स्मरणकर्ताहरू, यस बीचमा, ती चरमहरू बीचको विभिन्न अवस्थाहरू हुन सक्छन्, जस्तै ०.२५, ०.५, ०.७४७, इत्यादि। यसले स्मरणकर्ताहरूलाई हाम्रो मस्तिष्कमा सिनेप्सेस जस्तै काम गर्दछ, र यो ठूलो कुरा हो किनकि यसले भविष्यको कम्प्युटिङको दायरा खोल्न सक्छ। सम्भावनाहरू।

• अर्को, स्मरणकर्ताहरूलाई काम गर्न सिलिकन आवश्यक पर्दैन, सेमीकन्डक्टर उद्योगको लागि नयाँ सामग्रीहरू प्रयोग गरेर माइक्रोचिपहरू थप लघुकरण गर्न प्रयोग गर्नको लागि बाटो खोल्छ (पहिले उल्लिखित रूपमा)।

• अन्तमा, IBM र DARPA द्वारा न्युरोमोर्फिक कम्प्युटिङमा गरेको निष्कर्ष जस्तै, मेमरिस्टरहरूमा आधारित माइक्रोचिपहरू छिटो हुन्छन्, कम ऊर्जा प्रयोग गर्छन्, र हाल बजारमा रहेका चिपहरू भन्दा उच्च सूचना घनत्व राख्न सक्छन्।

3D चिप्स। परम्परागत माइक्रोचिपहरू र तिनीहरूलाई शक्ति प्रदान गर्ने ट्रान्जिस्टरहरू समतल, दुई-आयामी विमानमा काम गर्छन्, तर 2010 को प्रारम्भमा, अर्धचालक कम्पनीहरूले तिनीहरूको चिपहरूमा तेस्रो आयाम थपेर प्रयोग गर्न थाले। 'finFET' भनिन्छ, यी नयाँ ट्रान्जिस्टरहरूसँग चिपको सतहबाट टाँसिएको च्यानल छ, जसले तिनीहरूलाई तिनीहरूको च्यानलहरूमा के हुन्छ भनेर राम्रो नियन्त्रण दिन्छ, तिनीहरूलाई लगभग 40 प्रतिशत छिटो चलाउन अनुमति दिन्छ, र आधा ऊर्जा प्रयोग गरेर सञ्चालन गर्दछ। तथापि, नकारात्मक पक्ष यो हो कि यी चिपहरू यस समयमा उत्पादन गर्न धेरै गाह्रो (महंगा) छन्।

तर व्यक्तिगत ट्रान्जिस्टरहरू पुन: डिजाइन गर्नु परे, भविष्य 3D चिप्स ठाडो स्ट्याक्ड तहहरूमा कम्प्युटिङ र डाटा भण्डारण संयोजन गर्ने लक्ष्य पनि राख्छ। अहिले, परम्परागत कम्प्युटरहरूले तिनीहरूको मेमोरी स्टिक यसको प्रोसेसरबाट सेन्टिमिटर राख्छन्। तर मेमोरी र प्रशोधन कम्पोनेन्टहरू एकीकृत गरेर, यो दूरी सेन्टिमिटरबाट माइक्रोमिटरमा झर्छ, प्रशोधन गति र ऊर्जा खपतमा ठूलो सुधार सक्षम पार्दै।

क्वान्टम कम्प्युटि।। भविष्यमा थप हेर्दै, उद्यम स्तर कम्प्युटिङ को एक ठूलो भाग क्वान्टम भौतिकी को अजीब कानून अन्तर्गत काम गर्न सक्छ। जे होस्, यस प्रकारको कम्प्युटिङको महत्त्वको कारणले गर्दा, हामीले यस श्रृंखलाको अन्त्यमा यसको आफ्नै अध्याय दिएका छौं।

सुपर माइक्रोचिप राम्रो व्यापार छैन

ठिक छ, त्यसोभए तपाईंले माथि पढ्नुभएको सबै राम्रो र राम्रो छ—हामीले प्रकाशको गतिमा चल्न सक्ने मानव मस्तिष्क पछि मोडेल गरिएको अल्ट्रा ऊर्जा-दक्ष माइक्रोचिप्सको कुरा गर्दैछौं — तर कुरा के हो भने, अर्धचालक चिप बनाउने उद्योग होइन। यी अवधारणाहरूलाई जन-उत्पादित वास्तविकतामा परिणत गर्न अत्यधिक उत्सुक।

Intel, Samsung र AMD जस्ता टेक दिग्गजहरूले परम्परागत, सिलिकनमा आधारित माइक्रोचिप्स उत्पादन गर्न दशकौंदेखि अरबौं डलर लगानी गरिसकेका छन्। माथि उल्लेख गरिएका कुनै पनि उपन्यास अवधारणाहरूमा सर्नुको अर्थ ती लगानीहरू खारेज गर्नु र शून्यको बिक्री ट्र्याक रेकर्ड भएका नयाँ माइक्रोचिप मोडेलहरू ठूलो मात्रामा उत्पादन गर्न नयाँ कारखानाहरू निर्माण गर्न अरबौं खर्च गर्नु हो।

यो केवल समय र पैसा लगानी होइन जसले यी अर्धचालक कम्पनीहरूलाई फिर्ता राखेको छ। अझ शक्तिशाली माइक्रोचिपको उपभोक्ताको माग पनि घट्दै गएको छ। यसको बारेमा सोच्नुहोस्: 90 को दशक र 00 को धेरै जसो दौडान, यो लगभग दिइएको थियो कि तपाइँ तपाइँको कम्प्युटर वा फोन मा व्यापार गर्नुहुनेछ, यदि हरेक वर्ष, त्यसपछि हरेक वर्ष। यसले तपाइँलाई तपाइँको घर र कामको जीवनलाई सजिलो र राम्रो बनाउन बाहिर आउँदै गरेका सबै नयाँ सफ्टवेयर र एप्लिकेसनहरूसँग रहन दिन्छ। यी दिनहरू, तपाइँ कति पटक बजारमा नवीनतम डेस्कटप वा ल्यापटप मोडेलमा अपग्रेड गर्नुहुन्छ?

जब तपाइँ तपाइँको स्मार्टफोन को बारे मा सोच्नुहुन्छ, तपाइँको खल्ती मा 20 बर्ष पहिले एक सुपर कम्प्यूटर मानिनु भएको थियो। ब्याट्री लाइफ र मेमोरीको बारेमा गुनासोहरू बाहेक, 2016 पछि खरिद गरिएका धेरैजसो फोनहरू कुनै पनि एप वा मोबाइल गेम चलाउन, कुनै पनि संगीत भिडियो स्ट्रिम गर्न वा तपाईंको SO सँग शरारती फेसटाइमिङ सत्र, वा तपाईंले आफ्नो मा गर्न चाहनुहुने अन्य कुनै पनि कुराहरू पूर्ण रूपमा सक्षम छन्। फोन। के तपाइँ यी चीजहरू 1,000-10 प्रतिशत राम्रो गर्न प्रत्येक वर्ष $ 15 वा बढी खर्च गर्न आवश्यक छ? के तपाईंले फरक पनि याद गर्नुहुन्छ?

धेरै मानिसहरूको लागि, जवाफ होईन।

मूरको कानूनको भविष्य

विगतमा, सेमीकन्डक्टर टेकमा धेरैजसो लगानी कोष सैन्य रक्षा खर्चबाट आएको थियो। त्यसपछि यसलाई उपभोक्ता इलेक्ट्रोनिक्स निर्माताहरूद्वारा प्रतिस्थापित गरियो, र 2020-2023 सम्ममा, थप माइक्रोचिप विकासमा अग्रणी लगानी फेरि सर्नेछ, यस पटक निम्नमा विशेषज्ञता भएका उद्योगहरूबाट:

• नेक्स्ट-जेन सामग्री। होलोग्राफिक, भर्चुअल र संवर्धित वास्तविकता उपकरणहरूको आम जनताको लागि आउँदै गरेको परिचयले डाटा स्ट्रिमिङको लागि ठूलो मागलाई प्रोत्साहित गर्नेछ, विशेष गरी यी प्रविधिहरू परिपक्व र 2020 को दशकको अन्त्यमा लोकप्रियतामा बढ्दै जाँदा।

• क्लाउड कम्प्युटिङ। यस शृङ्खलाको अर्को भागमा व्याख्या गरिएको छ।

• स्वायत्त वाहनहरू। हाम्रो मा राम्ररी व्याख्या गरिएको छ यातायात को भविष्य श्रृंखला।

• चीजहरूको इन्टरनेट। हाम्रो मा व्याख्या गरिएको छ कुराको इन्टरनेट हाम्रो मा अध्याय इन्टरनेट को भविष्य श्रृंखला।

• ठूलो डाटा र विश्लेषण। सङ्गठनहरू जसलाई नियमित डेटा क्रन्चिङ चाहिन्छ - सेना, अन्तरिक्ष अन्वेषण, मौसम पूर्वानुमानकर्ताहरू, औषधिहरू, रसदहरू, इत्यादि - तिनीहरूको सङ्कलन डेटाको सँधै विस्तार हुने सेटहरूको विश्लेषण गर्न बढ्दो शक्तिशाली कम्प्युटरहरूको माग गर्न जारी रहनेछ।

अर्को पुस्ताको माइक्रोचिपहरूमा R&D को लागि कोष सधैं अवस्थित हुनेछ, तर प्रश्न यो हो कि माइक्रोप्रोसेसरहरूको थप जटिल रूपहरूको लागि आवश्यक कोष स्तरले मूरको कानूनको वृद्धि मागहरू पूरा गर्न सक्छ। सुस्त उपभोक्ता माग, भविष्यको सरकारी बजेट क्रन्च र आर्थिक मन्दीको साथमा माइक्रोचिपका नयाँ रूपहरूमा स्विच गर्ने र व्यापारिकरण गर्ने लागतलाई ध्यानमा राख्दै, मूरको कानून ढिलो हुन अघि, २०२० को शुरुवातमा ढिलो वा छोटो समयका लागि रोकिने सम्भावना छ। 2020s, 2020s को शुरुवात।

किन मूरको कानूनले फेरि गति लिन्छ, ठीक छ, हामी मात्र भनौं कि टर्बो-संचालित माइक्रोचिपहरू कम्प्युटिङ पाइपलाइनमा आउने क्रान्ति मात्र होइनन्। हाम्रो कम्प्युटरको भविष्यको शृङ्खलामा अर्को, हामी क्लाउड कम्प्युटिङको वृद्धिलाई बढावा दिने प्रचलनहरू अन्वेषण गर्नेछौं।

कम्प्यूटर श्रृंखला को भविष्य

मानवतालाई पुन: परिभाषित गर्न उभरिरहेको प्रयोगकर्ता इन्टरफेसहरू: कम्प्युटरहरूको भविष्य P1

सफ्टवेयर विकासको भविष्य: कम्प्युटरको भविष्य P2

डिजिटल भण्डारण क्रान्ति: कम्प्युटर P3 को भविष्य

क्लाउड कम्प्युटिङ विकेन्द्रीकृत हुन्छ: कम्प्युटर P5 को भविष्य

किन देशहरू सबैभन्दा ठूला सुपर कम्प्युटरहरू बनाउन प्रतिस्पर्धा गरिरहेका छन्? कम्प्युटर P6 को भविष्य

कसरी क्वान्टम कम्प्युटरहरूले संसारलाई परिवर्तन गर्नेछ: कम्प्युटर P7 को भविष्य