Mēs neesam gatavi Mūra likuma beigām

Mūrs

Mūra likuma ilustrācijaMS Tech



Gordona Mūra 1965. gada prognoze, ka komponentu skaits integrālajā shēmā katru gadu dubultosies, līdz 1975. gadā tas sasniegs pārsteidzošus 65 000, ir lielākā tehnoloģiskā prognoze pēdējā pusgadsimta laikā. Kad tas izrādījās pareizs 1975. gadā, viņš pārskatīja to, kas kļuvis pazīstams kā Mūra likums, dubultojot tranzistoru skaitu mikroshēmā ik pēc diviem gadiem.

Kopš tā laika viņa prognozes ir definējušas tehnoloģiju un daudzējādā ziņā arī paša progresa trajektoriju.





Prognožu jautājums

Šis stāsts bija daļa no mūsu 2020. gada marta numura

  • Skatiet pārējo izdevuma daļu
  • Abonēt

Mūra arguments bija ekonomisks. Integrētās shēmas ar vairākiem tranzistoriem un citām elektroniskām ierīcēm, kas savstarpēji savienotas ar alumīnija metāla līnijām uz neliela silīcija plāksnītes kvadrāta, dažus gadus iepriekš izgudroja Roberts Noiss uzņēmumā Fairchild Semiconductor. Mūrs, uzņēmuma pētniecības un attīstības direktors, saprata, kā viņš rakstīja 1965. gadā, ka ar šīm jaunajām integrālajām shēmām vienas komponentes izmaksas ir gandrīz apgriezti proporcionālas komponentu skaitam. Tas bija skaists darījums — teorētiski, jo vairāk tranzistoru pievienojāt, jo lētāk katrs no tiem kļuva. Mūrs arī redzēja, ka ir pietiekami daudz vietas inženiertehniskajiem sasniegumiem, lai palielinātu tranzistoru skaitu, kurus varat par pieņemamu cenu un uzticami ievietot mikroshēmā.

Drīz vien šīs lētākās, jaudīgākās mikroshēmas kļūs par to, ko ekonomisti labprāt sauc par vispārējas nozīmes tehnoloģiju — tādu, kas ir tik fundamentāla, ka rada dažādus citus jauninājumus un sasniegumus vairākās nozarēs. Pirms dažiem gadiem vadošie ekonomisti uzskatīja, ka informācijas tehnoloģija, ko nodrošina integrētās shēmas, ir trešdaļa no ASV produktivitātes pieauguma kopš 1974. gada. Gandrīz visas tehnoloģijas, kas mums rūp, sākot no viedtālruņiem līdz lētiem klēpjdatoriem un beidzot ar GPS, tieši atspoguļo Mūra prognozes. Tas ir veicinājis arī mūsdienu sasniegumus mākslīgā intelekta un ģenētiskās medicīnas jomā, sniedzot mašīnmācības metodēm iespēju izkropļot milzīgus datu apjomus, lai rastu atbildes.



Bet kā vienkārša prognoze, kas balstīta uz tranzistoru skaita grafika ekstrapolāciju pa gadiem — diagramma, kurā tajā laikā bija tikai daži datu punkti —, definēja pusgadsimta progresu? Vismaz daļēji tāpēc, ka pusvadītāju rūpniecība tā nolēma.

Elektronikas žurnāla vāks, 1965. gada aprīlis

1965. gada aprīļa Electronics Magazine, kurā parādījās Mūra raksts. Wikimedia

Mūrs rakstīja, ka vairāku komponentu ievietošana integrālajās shēmās, viņa 1965. gada raksta nosaukums, radītu tādus brīnumus kā mājas datori vai vismaz ar centrālo datoru savienoti termināļi, automašīnu automātiskās vadības ierīces un personīgās pārnēsājamās sakaru iekārtas. Citiem vārdiem sakot, pieturieties pie viņa ceļveža, saspiežot mikroshēmās arvien vairāk tranzistoru, un tas jūs aizvedīs uz apsolīto zemi. Nākamajās desmitgadēs plaukstošā nozare, valdība un akadēmisko un rūpniecības pētnieku armijas ieguldīja naudu un laiku Mūra likuma ievērošanai, radot pašpiepildošu pravietojumu, kas neticami precīzi noturēja progresu uz pareizā ceļa. Lai gan progresa temps pēdējos gados ir paslīdējis, mūsdienu vismodernākajās mikroshēmās ir gandrīz 50 miljardi tranzistoru.

vai tu vari staigāt pa Jupiteru

Katru gadu kopš 2001. gada MIT Technology Review ir izvēlējies 10 gada svarīgākās izrāvienu tehnoloģijas. Tas ir to tehnoloģiju saraksts, kuras gandrīz bez izņēmuma ir iespējamas tikai Mūra likumā aprakstīto skaitļošanas sasniegumu dēļ.



Dažiem šī gada saraksta vienumiem saistība ir acīmredzama: plaša patēriņa ierīces, tostarp pulksteņi un tālruņi, kas pārpildīti ar mākslīgo intelektu; klimata pārmaiņu attiecināšana, kas iespējama, pateicoties uzlabotai datormodelēšanai un datiem, kas iegūti no pasaules atmosfēras monitoringa sistēmām; un lēti, puslitra izmēra satelīti. Citas sarakstā iekļautās, tostarp kvantu pārākums, molekulas, kas atklātas, izmantojot AI, un pat pretnovecošanās procedūras un hiperpersonalizētas zāles, lielā mērā ir saistītas ar pētniekiem pieejamo skaitļošanas jaudu.

Bet kas notiek, kad Mūra likums neizbēgami beidzas? Vai arī, ja, kā dažiem ir aizdomas, tas jau ir miris, un mēs jau darbojamies ar mūsu laika lielākā tehnoloģiju dzinēja izgarojumiem?

retzemju metālu magnēti

RIP

Tas ir beidzies. Šogad tas kļuva patiešām skaidrs, saka Čārlzs Leizersons, MIT datorzinātnieks un paralēlās skaitļošanas pionieris, kurā vienlaikus tiek veikti vairāki aprēķini. Jaunākā Intel ražošanas rūpnīca, kas paredzēta mikroshēmu izgatavošanai ar minimālo elementu izmēru 10 nanometri, bija daudz aizkavējusies, piegādājot mikroshēmas 2019. gadā, piecus gadus pēc iepriekšējās paaudzes mikroshēmām ar 14 nanometru funkcijām. Leisersons saka, ka Mūra likums vienmēr ir bijis par progresa ātrumu, un mēs vairs neatbalstām šo ātrumu. Arī daudzi citi ievērojami datorzinātnieki pēdējos gados ir pasludinājuši Mūra likumu par mirušu. 2019. gada sākumā lielā mikroshēmu ražotāja Nvidia izpilddirektors piekrita.

Patiesībā tā drīzāk ir bijusi pakāpeniska lejupslīde nekā pēkšņa nāve. Gadu desmitiem laikā daži, tostarp arī pats Mūrs, satraucās, ka viņi var redzēt beigas, jo kļuva grūtāk izgatavot mazākus un mazākus tranzistorus. 1999. gadā Intel pētnieks uztraucās, ka nozares mērķis līdz 2005. gadam padarīt tranzistorus, kas mazāki par 100 nanometriem, saskārās ar fundamentālām fiziskām problēmām bez zināmiem risinājumiem, piemēram, elektronu kvantu ietekme, kas klīst tur, kur tiem nevajadzētu būt.

Gadiem ilgi mikroshēmu nozarei izdevās izvairīties no šiem fiziskajiem šķēršļiem. Tika ieviesti jauni tranzistoru modeļi, lai labāk aploksētu elektronus. Jaunas litogrāfijas metodes, kurās izmanto ārkārtēju ultravioleto starojumu, tika izgudrotas, kad redzamās gaismas viļņu garums bija pārāk biezs, lai precīzi izdalītu tikai dažus desmitus nanometru silīcija iezīmes. Taču progress kļuva arvien dārgāks. Stenfordas un MIT ekonomisti ir aprēķinājuši, ka pētījumi, kas veltīti Mūra likuma ievērošanai, kopš 1971. gada ir palielinājušies par 18 reizēm.

Tāpat izstrādājumi, kas ražo vismodernākās mikroshēmas, kļūst pārmērīgi dārgi. Fab izmaksas pieaug par aptuveni 13% gadā, un sagaidāms, ka līdz 2022. gadam tās sasniegs 16 miljardus ASV dolāru vai vairāk. Nav nejaušība, ka to uzņēmumu skaits, kuri plāno ražot nākamās paaudzes mikroshēmas, tagad ir samazinājies tikai līdz trim. no astoņiem 2010. gadā un 25 2002. gadā.

Mūsdienu silīcija mikroshēmu pēcteču atrašana prasīs vairākus gadus ilgus pētījumus. Ja raizējaties par to, kas aizstās Mūra likumu, ir pienācis laiks krist panikā.

Tomēr Intel — viens no šiem trim mikroshēmu ražotājiem — tuvākajā laikā negaida Mūra likuma bēres. Džims Kellers, kurš 2018. gadā pārņēma Intel silīcija inženierijas vadītāja amatu, ir cilvēks, kura uzdevums ir uzturēt to dzīvu. Viņš uzņēmumā Intel vada aptuveni 8000 aparatūras inženieru un mikroshēmu dizaineru komandu. Kad viņš pievienojās uzņēmumam, viņš saka, ka daudzi gaidīja Mūra likuma beigas. Ja viņiem bija taisnība, viņš atceras, ka domāja, ka tā ir vilšanās, un, iespējams, viņš bija izdarījis ļoti sliktu karjeru.

Bet Kellers atrada plašas tehniskās iespējas progresam. Viņš norāda, ka Mūra likuma saglabāšanā, iespējams, ir iesaistīti vairāk nekā simts mainīgie, no kuriem katrs sniedz dažādas priekšrocības un saskaras ar savām robežām. Tas nozīmē, ka ir daudz veidu, kā turpināt dubultot mikroshēmā esošo ierīču skaitu — tādi jauninājumi kā 3D arhitektūras un jauni tranzistoru dizaini.

Šajās dienās Kellers izklausās optimistisks. Viņš saka, ka visu savu karjeru ir dzirdējis par Mūra likuma beigām. Pēc kāda laika viņš nolēma par to neuztraukties. Viņš saka, ka Intel nākamajos 10 gados iet uz priekšu, un viņš ar prieku izdarīs aprēķinus jūsu vietā: 65 miljardi (tranzistoru skaits) reizināti 32 (ja mikroshēmas blīvums dubultojas ik pēc diviem gadiem) ir 2 triljoni tranzistoru. Tas ir 30 reižu veiktspējas uzlabojums, viņš saka, piebilstot, ka, ja programmatūras izstrādātāji ir gudri, mēs 10 gados varētu iegūt simtreiz ātrākas mikroshēmas.

Tomēr, pat ja Intel un citi atlikušie mikroshēmu ražotāji var izspiest vēl dažas vēl modernāku mikroshēmu paaudzes, laiki, kad varējāt droši paļauties uz ātrākām un lētākām mikroshēmām ik pēc pāris gadiem, ir acīmredzami garām. Tomēr tas nenozīmē skaitļošanas progresa beigas.

Laiks paniku

Nīls Tompsons ir ekonomists, taču viņa birojs atrodas CSAIL — MIT plašajā AI un datoru centrā, ko ieskauj robotiķi un datorzinātnieki, tostarp viņa līdzstrādnieks Leizersons. Jaunajā dokumentā abiem dokumentiem ir pietiekami daudz vietas, lai uzlabotu skaitļošanas veiktspēju, izmantojot labāku programmatūru, algoritmus un specializētu mikroshēmu arhitektūru.

Viena iespēja ir samazināt tā saukto programmatūras uzpūšanos, lai maksimāli izmantotu esošās mikroshēmas. Kad vienmēr varēja rēķināties ar mikroshēmām, lai tās kļūtu ātrākas un jaudīgākas, programmētājiem nebija īpaši jāuztraucas par efektīvāka koda rakstīšanu. Un bieži vien viņiem neizdevās pilnībā izmantot aparatūras arhitektūras izmaiņas, piemēram, vairākus kodolus vai procesorus, kas redzami mūsdienās izmantotajās mikroshēmās.

Tompsons un viņa kolēģi parādīja, ka viņi varētu iegūt skaitļošanas ziņā ietilpīgu aprēķinu, lai darbotos aptuveni 47 reizes ātrāk, vienkārši pārejot no Python, populāras vispārējas programmēšanas valodas, uz efektīvāko C. Tas ir tāpēc, ka C, lai gan tas prasa vairāk darba no programmētājs, ievērojami samazina nepieciešamo darbību skaitu, padarot programmu daudz ātrāku. Tālāka koda pielāgošana, lai pilnībā izmantotu mikroshēmas ar 18 apstrādes kodoliem priekšrocības, vēl vairāk paātrināja darbību. Tikai 0,41 sekundē pētnieki ieguva rezultātu, kas prasīja septiņas stundas ar Python kodu.

Tās izklausās kā labas ziņas par progresa turpināšanu, taču Thompson uztraucas, ka tas arī norāda uz datoru kā vispārējas nozīmes tehnoloģijas samazināšanos. Tā vietā, lai paceltu visas laivas, kā to paredz Mūra likums, piedāvājot arvien ātrākas un lētākas vispārēji pieejamas mikroshēmas, programmatūras un specializētās arhitektūras sasniegumi tagad sāks selektīvi mērķēt uz konkrētām problēmām un biznesa iespējām, dodot priekšroku tiem, kam ir pietiekami daudz naudas un resursu.

tehnoloģija, ko mūsdienās izmanto viedtālruņi

Patiešām, pāreja uz mikroshēmām, kas paredzētas īpašām lietojumprogrammām, jo ​​īpaši AI, jau norisinās. Dziļās mācīšanās un citas AI lietojumprogrammas arvien vairāk paļaujas uz spēlēm pielāgotiem grafikas apstrādes blokiem (GPU), kas spēj veikt paralēlas darbības, savukārt uzņēmumi, piemēram, Google, Microsoft un Baidu, izstrādā AI mikroshēmas savām īpašajām vajadzībām. AI, īpaši dziļa mācīšanās, ir milzīga apetīte pēc datora jaudas, un specializētās mikroshēmas var ievērojami paātrināt tā veiktspēju, saka Tompsons.

Taču kompromiss ir tāds, ka specializētās mikroshēmas ir mazāk universālas nekā tradicionālie CPU. Tompsons ir nobažījies par to, ka mikroshēmas vispārīgākai skaitļošanai kļūst par šķērsli, palēninot kopējo datoru uzlabošanas tempu, kā viņš raksta gaidāmajā rakstā The Decline of Computers as a General Purpose Technology.

Kā saka Kārnegija Melonas inženierzinātņu un sabiedriskās politikas profesore Ērika Fuksa, kādā brīdī tie, kas izstrādā AI un citas lietojumprogrammas, palaidīs garām izmaksu samazināšanos un veiktspējas pieaugumu, ko nodrošina Mūra likums. Varbūt pēc 10 gadiem vai 30 gadiem — neviens īsti nezina, kad — jums būs nepieciešama ierīce ar šādu papildu skaitļošanas jaudu, viņa saka.

Problēma, saka Fukss, ir tāda, ka mūsdienu vispārējas nozīmes mikroshēmu pēcteči nav zināmi, un to izveide prasīs vairākus gadus ilgas pamata izpētes un izstrādes. Ja jūs uztraucaties par to, kas aizstās Mūra likumu, viņa iesaka, tagad ir panikas brīdis. Viņa saka, ka mākslīgā intelekta jomā ir patiešām gudri cilvēki, kuri neapzinās aparatūras ierobežojumus, ar kuriem saskaras ilgtermiņa attīstība skaitļošanas jomā. Turklāt viņa saka, ka, tā kā lietojumprogrammām specifiskās mikroshēmas ir ļoti ienesīgas, ir maz stimulu ieguldīt jaunās loģiskās ierīcēs un skaitļošanas veidos.

Meklēju: Māršala plāns čipsiem

2018. gadā Fuksa un viņas CMU kolēģi Hasans Kāns un Deivids Hounšels uzrakstīja rakstu, kurā tika izsekota Mūra likuma vēsture un identificētas izmaiņas, kas ir pamatā mūsdienu nozares un valdības sadarbības trūkumam, kas veicināja tik lielu progresu iepriekšējās desmitgadēs. Viņi apgalvoja, ka tehnoloģiju trajektoriju sadrumstalotība un daudzu šo jauno šķembu īstermiņa privātā rentabilitāte nozīmē, ka mums ir ievērojami jāpalielina valsts ieguldījumi nākamo lielisko datortehnoloģiju atrašanā.

Ja ekonomistiem ir taisnība un liela daļa pieauguma 90. gados un 2000. gadu sākumā bija mikroshēmu rezultāts, un ja, kā daži uzskata, lēnais produktivitātes pieaugums, kas sākās 2000. gadu vidū, atspoguļo skaitļošanas progresa palēnināšanos, saka, Thompson, no tā izriet, ka jums ir jāiegulda milzīgas naudas summas, lai atrastu pēcteču tehnoloģiju. Mēs to nedarām. Un tā ir sabiedriskās politikas neveiksme.

Nav garantijas, ka šādi ieguldījumi atmaksāsies. Kvantu skaitļošana, oglekļa nanocauruļu tranzistori, pat spintronika ir vilinošas iespējas, taču neviena no tām nav acīmredzama aizvietotāja solījumam, ko Gordons Mūrs pirmo reizi redzēja vienkāršā integrālajā shēmā. Tomēr mums tagad ir vajadzīgi ieguldījumi pētniecībā, lai to uzzinātu. Tā kā viena prognoze gandrīz noteikti piepildīsies: mēs vienmēr vēlēsimies vairāk skaitļošanas jaudas.

paslēpties

Faktiskās Tehnoloģijas

Kategorija

Bez Kategorijas

Tehnoloģija

Biotehnoloģija

Tehniskā Politika

Klimata Izmaiņas

Cilvēki Un Tehnoloģijas

Silikona Ieleja

Datortehnika

Žurnāls Mit News

Mākslīgais Intelekts

Kosmoss

Gudrās Pilsētas

Blockchain

Funkcijas Stāsts

Absolventu Profils

Absolventu Savienojums

Mit News Funkcija

1865. Gads

Mans Skats

77 Mass Ave

Iepazīstieties Ar Autoru

Profili Dāsnumā

Redzēts Universitātes Pilsētiņā

Absolventu Vēstules

Jaunumi

2020. Gada Vēlēšanas

Ar Indeksu

Zem Kupola

Ugunsdzēsības Šļūtene

Bezgalīgi Stāsti

Pandēmijas Tehnoloģiju Projekts

No Prezidenta

Vāka Stāsts

Foto Galerija

Ieteicams