Конец закону Мура положит экономика, а не физика

В условиях, когда сформулированная одним из ос­нователей корпорации Intel Гордоном Муром зна­менитая тенденция, в соответствии с которой число транзисторов на интегрированных схемах удваивается через каждые полтора года, посте­пенно начинает ослабевать, настало время заду­маться о конструкции процессоров, позволяющей увеличивать производительность и дальше.

«Вместо того чтобы стремиться в процессе нара­щивания быстродействия чипов уменьшить их раз­меры, инженерам необходимо вносить корректи­вы или даже фундаментальные изменения в архи­тектуру микропроцессора, – заявил Роберт Колу­элл, директор по технологиям микросистем DARPA, агентства оборонных перспективных ис­следований Министерства обороны США, в своем выступлении на конференции Hot Chips в Стэн­форде. – Только таким образом можно добиться дальнейшего повышения производительности процессоров и снижения их себестоимости».

Колэулл отверг аргументы в защиту того, что закон Мура будет работать вечно, и указал, что инженерам необходимо серьезно задуматься об архитектуре и эко­номике производства чипов.

«Думаю, уже в 2020 году закон Мура станет неактуален, – подчеркнул он. – Оста­лось всего семь лет. Судя по всему, пределом станет норма проектирования в 7 нм. Конечно, вы можете говорить, что это произойдет не раньше 2022 года, а норму проектирования можно довести и до одного нанометра. Однако не стоит рассчитывать на такое развитие событий. Законы физики против этого».

Закон Мура интерпретируется по-разному. Чаще всего говорят, что количество транзисторов процессора будет удваиваться каждые полтора года, и это приве­дет к повышению производительности чипа. Колуэлл же попытался внести яс­ность, указав, что в 1965 году Гордона Мура больше волновала стоимость тран­зистора, которая с увеличением масштабов снижалась.

«Если вы хотите интегрировать на чипе множество компонентов, на кривой нужно искать оптимальную точку, – заметил Колуэлл. – Если ее не найти, стои­мость в пересчете на компонент окажется выше. Если предположить, что объем продаж пропорционален количеству выпущенных процессоров, при определен­ных условиях производитель сможет получить наибольшую прибыль».

Конечно, размеры элементов нельзя уменьшать бесконечно, но, считает Колу­элл, экономика, а не физика положит конец закону Мура. В тот день, когда произ­водители не смогут вернуть инвестированные в дальнейшее уменьшение чипов миллиарды, можно будет сказать, что закон Мура больше не действует. И нужно внедрять инновации уже сейчас, не дожидаясь, пока экономика производства процессоров рухнет.

Уже сегодня чипы состоят из миллиардов транзисторов, и вскоре возможности дальнейшего наращивания тактовой частоты и производительности будут исчер­паны. Когда кремний начнет буксовать, на какое-то время его жизнь смогут про­длить маленькие хитрости и дополнительные настройки вроде регулирования энергопотребления и турборежима. Но конструкторам нужно озаботиться как можно раньше. Фундаментальные изменения архитектуры процессоров помогут нам в дальнейшем совершенствовании вычислительной техники как до заверше­ния закона Мура, так и после прекращения его действия.

Один из возможных подходов заключается в том, чтобы разделить набор инструк­ций в рамках архитектуры, микроархитектуры, схем, функциональных блоков и других компонентов, интегрируемых сегодня в процессор, и настраивать их с по­мощью специальных приложений.

«Думаю, что окончание действия закона Мура подтолкнет проектирование разно­образных специализированных устройств, – отметил Колуэлл. – В 70-е годы век­торные процессоры выполняли операции с плавающей запятой над целыми мас­сивами. DARPA проводит соответствующие исследования в области квантовых компьютеров, нанотехнологий и распределенных вычислений».

Исследователи в университетах и коммерческих компаниях, занимающихся про­ектированием процессоров, ищут новые материалы на смену кремнию и разра­батывают передовые производственные технологии. Для практического внедре­ния новых решений понадобится немало времени, и производителям чипов се­годня приходится полагаться на существующие технологии (например, КМОП), которым в обозримом будущем реальной замены не предвидится.

«КМОП – надежный, проверенный временем вариант, – считает Колуэлл. – Сей­час есть всего две-три альтернативные технологии, достаточно многообещаю­щие. И им тяжело будет соперничать с КМОП».

Добиться увеличения производительности можно было бы за счет использова­ния новых материалов, фотоники, оптики и трехмерных компонентов, в которых транзисторы размещались бы друг над другом.

Помимо компьютерной отрасли, приближение заката закона Мура ощущает и ав­томобильная индустрия. В последние 30 лет все инновации в автомобилях — на­вигационные системы, антиблокировка тормозов, системы управления и прочие — реализовывались на основе электроники.

«Все это очень здорово, но сделано на базе компьютеров, – отметил Колуэлл. – И если у нас наступит застой, что нового смогут предложить производители авто­мобилей при переходе от одного поколения к другому? Последние 20-30 лет они полностью зависели от электроники, и, если мы не обеспечим им потенциал для дальнейшего значительного роста, становится непонятно, что делать дальше».

Колуэлл пустил несколько критических стрел и в адрес своего бывшего работода­теля, корпорации Intel, где ему отводилась роль главного архитектора всех про­цессоров Pentium.

«У Intel с предвидением все очень плохо, – подчеркнул он. – В корпорации не привыкли смотреть далеко в будущее. Ведь через пять лет все изменится, и нужно готовить себе почву уже сегодня. Конечно, кое-что там делается, однако этого недостаточно. Но зато скорость реакции у Intel всегда была на высоте».