DEKOMPRESOR /TECHNOLOGIA #59: Koniec prawa Moore'a - lepszych procesorów już nie będzie?

Od struktur widocznych gołym okiem do nanoskali w 40 lat.

W roku 1974 procesor Motorola 6800 składał się z 4100 tranzystorów. 40 lat później, Xeon Haswell-E5 to już 5,5 mld tranzystorów. W ciągu zaledwie 40 lat, upakowanie elementów w krzemowej strukturze wzrosło ponad 1 mln razy! Czy to dużo? A jak wielka jest krwinka czerwona, skoro na jej średnicy można dziś upakować ponad 350 tranzystorów? O ile bardziej miniaturowy może być jeszcze krzemowy tranzystor, skoro przy procesie 22 nm pomiędzy jego elektrodami mamy już tylko 110 atomów krzemu?

Ekonomia podstawą rozwoju układów w nanoskali.

Co dwa lata, przemysł półprzewodnikowy dostarcza nową generację procesorów. Do dziś, przez ostatnie 60 lat, była to produkcja opłacalna. Po prostu aktualne upakowanie elementów w danym roku, jest najbardziej optymalne ekonomicznie, kiedy awaryjność wyprodukowanych układów jest najmniejsza. Więc zagęszcza się projekt, aż dotrzemy do granicy gdzie rosnąć zaczyna ilość wadliwie wyprodukowanych elementów.

Co to oznacza dla nas, posiadaczy sprzętu wykorzystującego najnowsze mikroukłady? Ano to, że kiedyś zapłacimy za nie więcej, bo chęć podnoszenia mocy obliczeniowej, przesunie nas poza granicę ekonomicznego optimum produkcji.

Co gorsze, nie jest to opowieść o odległej przyszłości. Szacunki niezależnych ekspertów umieszczają granicę fizycznych możliwości dla krzemu pomiędzy rokiem 2020, a 2025. To już praktycznie jutro...

Czy wtedy czeka nas koniec świata nowoczesnych technologii?

Nie od razu, najpierw gospodarka odrobine wyhamuje. I mówiąc o tym że "odrobinę" prezentujemy bardzo optymistyczne spojrzenie. 40% globalnego wzrostu produktywności w ciągu ostatnich 20 lat, było możliwe dzięki taniejącym półprzewodnikom. Układom, które stały się tak powszechne, że przestaliśmy je zauważać.

Aby podać tylko jeden przykład, rynek gier komputerowych zakłada stały wzrost możliwości sprzętu. Dziś projektuje się gry, które na standardowym komputerze PC, konsoli, czy urządzeniu mobilnym, da się uruchomić dopiero w nowej generacji sprzętu. Co będzie jeśli ta "zmiana pokoleń" nie nastąpi?

Superkomputery, tak dziś potrzebne w przemyśle, nauce czy choćby medycynie, nie będą rozwijać się już takim tempie, jeśli nie przetrzemy w porę alternatywnych dróg rozwoju układów półprzewodnikowych. Alternatywnych dla krzemu, bądź alternatywnych dla aktualnych pomysłów układowych/algorytmów postępowania.

Czy jest dla nas jeszcze nadzieja?

TAK! Najpierw mikroukłady będą tanieć. Nawet jeśli nie będziemy mogli już walczyć z prawami fizyki, postaramy się zmniejszyć koszt układów. Potem... Potem, czekają nas bardzo ciekawe czasy! Procesory oparte na węglu (diament, bądź nanorurki węglowe) pozwolą nam osiągnąć taktowania na poziomie 1THz. W międzyczasie rozwiniemy prawdopodobnie specjalizowane neuroprocesory, czyli układy neuromorficzne - naśladujące działanie mózgu.

A dalej? Tutaj wchodzimy już odrobinę w dziedzinę bliższą science-fiction. Ale wszystko na to wskazuje, że przed nami są jeszcze: układy molekularne, gdzie informacja będzie zapisywana i "przeliczana" w kodzie DNA. Procesory optyczne, które zastąpią elektrony fotonami. Jeśli tylko uda nam się opracować techniki przesyłania, przechowywania fotonów. Oraz jeśli w końcu powstaną optyczne tranzystory.

Mamy też w arsenale świat kwantowy. Komputer kwantowy, gdzie zera i jedynki rozmyją się w świecie kwantowych q-bitów. Świat, gdzie zawodzi intuicja, a obliczenia są "zgadywane" w mgnieniu oka.

Żyjemy w bardzo ciekawych czasach...