Integrated Circuits & Moore’s Law: Crash Course Computer Science #17
Inhoudsopgave:
- Kunnen we de schamele prestatiewinsten van vandaag opwaarderen tegen een breuk in de wet van Moore? Niet helemaal. De legendarische lijn van Moore wordt vaak verkeerd geciteerd om over CPU-prestaties te praten, maar de letter van de wet draait om het aantal transistors op een circuit dat elke twee jaar verdubbelt.
- AMDHet ontwerp van een AMD APU gebouwd volgens HSA-standaarden.
- OPEL heeft de galliumarsenidetechnologie in het hart van zijn POET-platform (Planar Opto Electronic Technology) verfijnd al meer dan 20 jaar, en het bedrijf heeft onder meer samengewerkt met BAE en het Amerikaanse ministerie van Defensie om het te valideren. Terwijl de voorbije processoren die naar galliumarsenide zijn afgelopen tot een lichte teleurstelling zijn geëindigd, zeggen OPEL-vertegenwoordigers dat hun eigen technologie klaar is voor het grote publiek. OPEL verliet pas onlangs de R & D-fase en heeft nog geen itty-bitty-transistors gemaakt bij Ivy Bridge's 20nm, maar het bedrijf beweert dat bij 800nm, galliumarsenide-processors sneller zijn dan het silicium van vandaag
Er zijn geen twee manieren om dit te doen: de pc vertraagt met de leeftijd.
Dat is misschien een beetje hard -computers zijn sneller en kleiner dan ooit tevoren, maar de processorprestaties gaan gewoon niet vooruit in het voorbije razendsnelle tempo. Op een bepaald moment waren 50 tot 60 procent sprongen in jaar-tot-jaar-prestaties alledaags. Nu zijn 10 tot 15 procent verbeteringen de norm. Gelukkig kunnen vijf-plus-jarige computers nog steeds alledaagse taken prima aanpakken, dus de vertraging van de prestaties is geen groot probleem. Bovendien is het fijn dat u uw pc niet om de twee jaar hoeft te vervangen tijdens een down-economie. Maar technologie gaat niet vooruit door vast te houden aan de status-quo. De toekomst heeft
snelheid nodig! "Ik denk niet dat hier en daar iets moet worden gezegd. Heterogene architecturen
zijn de weg van de toekomst." Gelukkig de grootste namen in pc-processors zijn niet tevreden met de status-quo. Chipmakers werken woedend om de problemen van een vertragende Moore's Law en de opkomst van de power wall op te lossen, in een poging om het performance pedaal op het metaal te houden. Dus wat voor soort radicale trucs hebben ze in petto ? Verschillende soorten, eigenlijk - en elk heeft een groot potentieel voor de toekomst. Laten we een kijkje achter de schermen nemen.Intel: bouwen op de schouders van reuzen
Wikipedia / Wikimedia CommonsChip-transistor telt door de jaren heen. (Klik om uit te vouwen.)
Kunnen we de schamele prestatiewinsten van vandaag opwaarderen tegen een breuk in de wet van Moore? Niet helemaal. De legendarische lijn van Moore wordt vaak verkeerd geciteerd om over CPU-prestaties te praten, maar de letter van de wet draait om het aantal transistors op een circuit dat elke twee jaar verdubbelt.
Slimme
ingenieurs. Naarmate transistors strakker ingepakt worden, worden problemen met warmte en energiezuinigheid grote problemen. Nu transistors bijna oneindig kleine afmetingen bereiken - elk van de miljard plus transistors in Intel's Ivy Bridge-chips meet 22 nanometer (nm), of ruwweg 0,000000866 inch-veroverende die ellende neemt creatief denken. "Er is geen twijfel mogelijk hard, "zei Intel technisch productie manager Chuck Mulloy in een telefonisch interview. "Echt, echt
moeilijk. Ik bedoel, we zijn op atomair niveau." Om vooruitgang te blijven boeken, heeft Intel een aantal belangrijke wijzigingen aangebracht aan het basisontwerp van transistors in het verleden decennium. In 2002 kondigde het bedrijf aan dat het overschakelde op zogenaamd "gespannen silicium", wat de chipprestaties met 10 tot 20 procent deed toenemen door de structuur van siliciumkristallen enigszins te vervormen. Mo 'power betekent echter mo'-problemen. Specifiek, omdat transistors blijven krimpen, lijden ze aan een verhoogde "lekkage" van het elektron, waardoor ze veel minder efficiënt zijn. Twee recente tweaks bestrijden die lekkage op nieuwe manieren. Zonder al te geek te worden, begon het bedrijf met het uitwisselen van de standaard siliciumdioxide-isolatoren van de transistors ten gunste van efficiëntere "high-k metal-gate" -isolatoren tijdens de overgang naar de 45nm productieproces. Het klinkt eenvoudig, maar het was eigenlijk een groot probleem. Dat werd gevolgd door een nog meer monumentale verandering, met de introductie van "tri-gate" of "3D" transistortechnologie in Intel's huidige Ivy Bridge-chips.
IntelAn beeld dat de stroom van elektronen vergelijkt met vlakke (links) en driehoekige gate (rechts) transistors. De elektronen in tri-gate-transistoren vloeien in het verticale vlak, vergeleken met de vlakke stroom van traditionele vlakke transistors.
Traditionele "vlakke" transistors hebben een paar "poorten" aan weerszijden van de kanalen die elektronen vervoeren. Tri-gate-transistors verbrijzelden dat tweedimensionale denken met de toevoeging van een derde poort
over
immense technische precisie. Op dit moment is Intel de enige verzendprocessors voor chipfabrikanten met 3D-transistors. Wat staat er nu op de agenda voor Intel? Het bedrijf vertelt het niet. Mulloy zegt zelfs dat elke technologie die het bedrijf zou kunnen gebruiken, zoals bijvoorbeeld het volgende-gen extreem-ultraviolette lithografiefabricageproces, jaren voordat Intel het in zijn chips introduceert, in een PR "zwart gat" terechtkomt. Maar, zo benadrukte hij, de eerdere verbeteringen die hierboven zijn besproken, stoppen niet alleen wanneer ze aan het publiek worden voorgesteld. "Mensen hebben de neiging om te denken" Intel gebruikte dit, nu zijn ze op weg naar het volgende, "" Mulloy zei. "Gespannen silicium ging niet weg toen we de mogelijkheden van high-k metal gate toevoegden." High-k metal gate ging niet weg toen we naar tri-gate transistors gingen - we bouwen daar nog steeds aan en we verbeteren het. " bij de vierde generatie gespannen silicium, de derde generatie van high-k metalen poort, en onze aanstaande 14nm chips zullen de tweede generatie tri-gate zijn. "
De beste chiptechnologie die er is, wordt steeds beter, in Met andere woorden. Oh, en voor wat het waard is, denkt Intel dat de wet van Moore onverminderd doorgaat voor minstens nog twee transistor-krimp generaties.
AMD: Parallel computing helemaal
Intel is echter niet de enige chipmaker in de stad. In plaats van alleen te wedden op verbeteringen aan transistortechnologie, denkt concurrent AMD dat de toekomst van de prestaties afhankelijk is van het snijden van CPU's, door een deel van de werkbelasting over te hevelen naar andere processors die wellicht beter geschikt zijn voor bepaalde taken. Grafische processors, bijvoorbeeld
rook via taken waarvoor een veelvoud aan gelijktijdige berekeningen nodig zijn, zoals wachtwoordscheuren, Bitcoin-mining en vele wetenschappelijke toepassingen. Ooit gehoord van parallel computing? Daar hebben we het over.
AMDHet ontwerp van een AMD APU gebouwd volgens HSA-standaarden.
"Naar kleinere knooppunten aan de transistor gaan, verhoogt de [CPU] prestaties met 6 tot 8 tot misschien 10 procent, van jaar tot jaar, "zegt Sasa Marinkovic, een senior technologie-marketingfabrikant bij AMD. "Maar het toevoegen van een GPU met GPU-rekenmogelijkheden levert veel grotere voordelen op. Voor Internet Explorer 8 tot IE9 was de prestatieverbetering bijvoorbeeld 400 procent -
viermaal
" We zien dat soort prestaties in de huidige vermogensschil spelen, of je kunt de stroomomslag aanzienlijk verlagen en dezelfde prestaties zien [die je vandaag hebt], "zegt Marinkovic. AMD verlegt de weg naar een heterogene systeemarchitectuur - zoals de methode voor het distribueren van de werklast tussen verschillende processoren op één enkele chip - in zijn populaire versnelde verwerkingseenheden, of APU's, inclusief degene die de aankomende PlayStation 4-gameconsole aanstuurt. APU's bevatten traditionele CPU-kernen en een grote Radeon grafische kern op dezelfde chip, zoals weergegeven in het blokdiagram hierboven. De CPU en GPU in AMD's next-gen Kaveri APU's zullen dezelfde pool van geheugen delen, waardoor de lijnen nog verder vervagen en nog snellere prestaties bieden. AMD is niet de enige chipmaker die het idee van parallel computing ondersteunt. Het bedrijf was een van de oprichters van de HSA Foundation, een consortium van topchipfabrikanten - zij het zonder Intel en Nvidia - die samenwerken om normen te creëren die hopelijk het programmeren voor parallel computing in de toekomst gemakkelijker zouden maken.
Het is een goede zaak dat toonaangevende bedrijven de ruggengraat vormen van de HSA Foundation-visie, want om de grootschalige heterogene toekomst van parallelle computers tot hun recht te laten komen, moeten programma's en toepassingen speciaal worden geschreven om te profiteren van de hardware-ontwerpen.
HSA Foundation
"Software is de sleutel," geeft Marinkovic toe. "Als je kijkt naar APU's met [volledige HSA-compatibiliteit] en zonder volledige HSA, zal de software moeten veranderen, maar het zal een positieve ontwikkeling zijn … Waar we willen komen is één keer coderen en overal gebruiken. je hebt de HSA-architectuur voor al deze verschillende HSA Foundation-bedrijven, hopelijk kun je een programma voor een pc schrijven en het op je smartphone of tablet uitvoeren met enkele kleine aanpassingen of compilaties. " Je kunt de toepassing al vinden processing interfaces (API's) die parallelle GPU-computing mogelijk maken, zoals Nvidia's GeForce-centric CUDA-platform, de DirectCompute API ingebakken in DirectX 11 op Windows-systeem en OpenCL, een open-sourceoplossing beheerd door de Khronos Group. Ondersteuning voor hardwareversnelling trekt aan bij softwareontwikkelaars, hoewel de meeste programma's op de een of andere manier met intensieve grafische afbeeldingen werken. Internet Explorer en Flash spelen bijvoorbeeld een rol. Vorige week kondigde Adobe aan dat het OpenCL-ondersteuning toevoegt voor de Windows-versie van Premiere Pro. Volgens vertegenwoordigers kunnen gebruikers met een AMD discrete grafische kaart of APU's gebruikmaken van die GPU-versnelling om HD- en 4K-video's in realtime te bewerken, of kunnen ze video's tot 4,3 keer sneller exporteren dan de niet-gecomprimeerde software.
"I denk niet dat er hier en daar iets over te zeggen valt, "zegt Marinkovic. "Heterogene architecturen
de weg van de toekomst."
OPEL: Zo lang, silicium, hallo, galliumarsenide!
Maar is die toekomst gebaseerd op siliciumtechnologie, zoals de computer van tegenwoordig?
Zeker, voor de korte termijn. Absoluut niet, op de lange termijn. Ergens in de toekomst - experts weten niet precies wanneer - silicium zijn grenzen zal bereiken en eenvoudigweg niet verder kan worden gepusht. Chipmakers zullen moeten overschakelen naar een ander materiaal. MITHet beeld van een indium gallium arsenide transistor vervaardigd door MIT-onderzoekers. Die dag is ver weg, maar onderzoekers onderzoeken nu al alternatieven. Grafeen-processors krijgen veel hype als potentiële opvolger van silicium, maar OPEL Technologies denkt dat de toekomst in galliumarsenide ligt.
OPEL heeft de galliumarsenidetechnologie in het hart van zijn POET-platform (Planar Opto Electronic Technology) verfijnd al meer dan 20 jaar, en het bedrijf heeft onder meer samengewerkt met BAE en het Amerikaanse ministerie van Defensie om het te valideren. Terwijl de voorbije processoren die naar galliumarsenide zijn afgelopen tot een lichte teleurstelling zijn geëindigd, zeggen OPEL-vertegenwoordigers dat hun eigen technologie klaar is voor het grote publiek. OPEL verliet pas onlangs de R & D-fase en heeft nog geen itty-bitty-transistors gemaakt bij Ivy Bridge's 20nm, maar het bedrijf beweert dat bij 800nm, galliumarsenide-processors sneller zijn dan het silicium van vandaag
en
ongeveer de helft van het voltage gebruiken.
niet
3D-transistors.
Een van de grootste problemen waar silicium tegenover staat is dat silicium de meest geavanceerde technologie ter wereld is, met miljarden geïnvesteerd in de productie van siliciumprocessors om maximale efficiëntie. Het zal moeilijk worden om Intel, AMD, ARM en de HSA Foundation te overtuigen om dat allemaal te laten vallen voor een nieuw materiaal. OPEL zegt dat zijn technologie een grote overlap heeft met de huidige siliciumfabricagemethoden. "Het is schaalbaar en het is een bout naar CMOS", zegt uitvoerend directeur Peter Copetti. "Dat is heel belangrijk. In onze discussies met verschillende gieterijen en halfgeleiderbedrijven is het eerste dat ze vragen 'Moet ik mijn faciliteiten opnieuw trainen?' De investering hier is minimaal, omdat ons systeem complementair is aan wat er op dit moment is. " OPEL zegt ook dat de wafers herbruikbaar zijn. European Space AgencyA European Space Agency schone kamer voor chipproductie.
De International Technology Roadmap voor Semiconductors heeft galliumarsenide geïdentificeerd als een potentiële siliciumvervanger ergens tussen 2018 en 2026. Er moet nog een hoop getest en omgezet worden voordat galliumarsenide elke van de reguliere pc-processormarkt opvangt, maar als zelfs een klein deel van de beweringen van OPEL waar zou zijn, zou zijn technologie de verwerkers van de toekomst kunnen bekrachtigen. <> Tenminste, totdat we moleculaire transistors of quantum computing kraken. Maar dat is een heel 'niks artikel …
Morgen een gezicht smelten morgen
Dus, na al dat - wat heb je - heb je een beter idee van waar de toekomst van pc-prestaties naartoe gaat. De initiatieven van Intel, AMD en OPEL elk pakken grote problemen op beslist verschillende manieren aan, maar dat is goed. Je wilt toch niet al je potentiële eieren in een enkele mand.
kunnen theoretisch samenvoegen in Voltron-achtige manier om een uber-krachtige, GPU-geassisteerde, tri-gate galliumarsenide-processor te maken die zelfs de meest robuuste van de Core i7-processors van vandaag zou kunnen afblazen. De prestatiecurve van vandaag is mogelijk aan het afvlakken, maar de toekomst heeft er nog nooit zo beestachtig uitzien
Het einde van de wet van Moore is aan de horizon, aldus AMD
Theoretisch fysicus Michio Kaku gelooft dat de wet van Moore ongeveer tien jaar leven heeft voordat de steeds kleiner wordende transistorformaten botsen tegen de beperkingen opgelegd door de wetten van de thermodynamica en de kwantumfysica. Die dag van afrekening voor de computerindustrie kan nog een paar jaar weg zijn, maar de tekenen van de komende Moorepocalypse zijn er al. Vraag het maar aan chipfabrikant AMD.
Hoe DisplayPort-multistreaming nieuwe niveaus van gekraak met meerdere schermen biedt
Met de multi-streamingfunctie van DisplayPort 1.2 kunt u rocken vier monitoren - van een laptop, niet minder!
Intel: het bijhouden van de wet van Moore wordt een uitdaging
Intel zal Moore's wet in de nabije toekomst uitbreiden, maar het bijhouden wordt steeds uitdagender als chipgeometrieën krimpen, volgens een bedrijfsleider.