Daha Hızlı, Daha İnce, Daha Ucuz: Koomey Yasası Yeni Moore Yasası mı?

Dizüstü bilgisayarlar, cep telefonları ve tabletler her yıl daha ucuz, daha şık ve daha güçlü hale gelirken, pil ömrü uzamaya devam ediyor. Bunun neden olduğunu ve cihazların sonsuza kadar gelişmeye devam edip edemeyeceğini hiç merak ettiniz mi?

İlk sorunun cevabı, Moore Yasası, Dennard ölçeklendirme ve Koomey Yasası olarak bilinen araştırmacılar tarafından keşfedilen üç yasa ile açıklanıyor. Bu yasaların bilgi işlem üzerindeki etkisini ve gelecekte bizi nereye götürebileceklerini anlamak için okumaya devam edin.

Moore Yasası nedir?

Sıradan bir MakeUseOf okuyucusuysanız, muhtemelen efsanevi Moore Yasasının farkındasınızdır.

Intel CEO'su ve kurucu ortağı Gordon Moore ilk kez 1965'te tanıttı.

Bir çipteki transistör sayısının yaklaşık olarak iki yılda bir ikiye katlanacağını ve yılda yüzde 20 ila 30 daha ucuza geleceğini tahmin etti. Intel'in ilk işlemcisi 1971'de 2.250 transistör ve 12 mm'lik bir alanla piyasaya sürüldü.². Bugünün CPU'ları milimetre kare başına yüz milyonlarca transistör tutuyor.

Bir tahmin olarak başlasa da endüstri, yol haritası olarak Moore Yasasını da benimsedi. Elli yıl boyunca, yasanın öngörülebilirliği, şirketlerin uzun vadeli stratejiler oluşturmasına izin verdi, bunu bilerek, Tasarımları planlama aşamasında imkansız olsa bile, Moore Yasası malları uygun zamanda teslim edecektir. an.

Bu, oyunların sürekli gelişen grafiklerinden dijital kameralardaki megapiksellerin balonlaşma sayısına kadar birçok alanda zincirleme bir etki yarattı.

Ancak yasanın bir raf ömrü var ve ilerleme hızı yavaşlıyor. Yonga üreticileri devam etse de silikon çiplerin sınırlarını aşan yeni yollar bulunMoore, bu on yılın sonunda artık işe yaramayacağına inanıyor. Ancak, teknolojinin ortadan kaybolan ilk yasası olmayacak.

Moore Yasası Sona Erdiğinde: Silikon Çiplere 3 Alternatif

Moore Yasası, onlarca yıldır teknolojik gelişmenin hızını belirledi. Fakat fiziksel sınırlarına ulaşıldığında ne olur?

Dennard Ölçeklendirmeye Ne Oldu?

1974'te IBM araştırmacısı Robert Dennard, transistörler küçüldükçe güç kullanımlarının alanlarıyla orantılı kaldığını gözlemledi.

Dennard ölçeklendirmesi, bilindiği gibi, transistör alanının her 18 ayda bir yüzde 50 azalması anlamına geliyordu, bu da saat hızında yüzde 40 artışa yol açıyordu, ancak aynı güç tüketimiyle.

Başka bir deyişle, watt başına hesaplama sayısı üstel ancak güvenilir bir oranda artacak ve transistörler daha hızlı, daha ucuz olacak ve daha az güç kullanacaktı.

Dennard ölçeklendirme çağında, performansı artırmak yonga üreticileri için öngörülebilir bir süreçti. Sadece CPU'lara daha fazla transistör eklediler ve saat frekanslarını artırdılar.

Bunu tüketicinin anlaması da kolaydı: 3.0 GHz'de çalışan bir işlemci 2.0 GHz'de çalışan bir işlemciden daha hızlıydı ve işlemciler hızlanmaya devam ediyordu. Nitekim, Yarı İletkenler için Uluslararası Teknoloji Yol Haritası (ITRS) bir zamanlar tahmin edilen saat hızlarının ulaşacağı 2013 yılına kadar 12 GHz!

Yine de bugün, piyasadaki en iyi işlemcilerin temel frekansı yalnızca 4,1 GHz'dir. Ne oldu?

Dennard Ölçeklendirmesinin Sonu

Güç kullanımındaki azalmalar, transistörlerin küçülme hızına ayak uydurmayı bıraktığında, saat hızları 2004 civarında çamura saplandı.

Transistörler çok küçük hale geldi ve elektrik akımı dışarı sızmaya başladı, bu da aşırı ısınmaya ve yüksek sıcaklıklara neden olarak hatalara ve ekipmanın hasar görmesine neden oldu. Sebeplerden biri bu bilgisayar çipinizin neden bir ısı emicisi var. Dennard Scaling, fizik kanunlarının belirlediği sınırlara ulaşmıştı.

Daha Fazla Çekirdek, Daha Fazla Sorun

Sürekli hız iyileştirmelerine alışmış müşteriler ve tüm endüstrilerle, çip üreticilerinin bir çözüme ihtiyacı vardı. Böylece, performansı artırmanın bir yolu olarak işlemcilere çekirdek eklemeye başladılar.

Ancak, birden çok çekirdek, tek çekirdekli birimlerde saat hızlarını yükseltmek kadar etkili değildir. Çoğu yazılım, çoklu işlemden yararlanamaz. Belleği önbelleğe alma ve güç tüketimi ek darboğazlardır.

Çok çekirdekli çiplere geçiş, koyu silikonun gelişini de müjdeledi.

Silikonun Karanlık Çağı

Kısa süre sonra, aynı anda çok fazla çekirdek kullanılırsa, elektrik akımının sızabileceği ve tek çekirdekli yongalarda Dennard ölçeklemesini öldüren aşırı ısınma sorununu yeniden canlandırabileceği anlaşıldı.

Sonuç, tüm çekirdeklerini aynı anda kullanamayan çok çekirdekli işlemcilerdir. Ne kadar çok çekirdek eklerseniz, "karanlık silikon" olarak bilinen bir işlemde, bir çipin transistörlerinin o kadar fazla kapatılması veya yavaşlatılması gerekir.

Bu nedenle, Moore Yasası bir çipe daha fazla transistörün sığmasına izin vermeye devam etse de, koyu silikon, CPU gayrimenkulünü tüketiyor. Bu nedenle, hepsini aynı anda kullanamayacağınız için daha fazla çekirdek eklemek anlamsız hale gelir.

Moore Yasasını birden çok çekirdek kullanarak sürdürmek çıkmaz bir yol gibi görünüyor.

Moore Yasası Nasıl Devam Edebilir?

Çözümlerden biri, yazılım çoklu işlemeyi iyileştirmektir. Tek çekirdekler için tasarlanmış Java, C ++ ve diğer diller, aynı anda çalıştırmada daha iyi olan Go gibi dillere yol açacaktır.

Diğer bir seçenek, satın alındıktan sonra belirli görevler için yeniden yapılandırılabilen özelleştirilebilir bir işlemci türü olan sahada programlanabilir kapı dizilerinin (FPGA) kullanımını artırmaktır. Örneğin, bir FPGA, yapay zeka uygulamalarını çalıştırmak için özel olarak uyarlanırken veya bu sırada videoyu işlemek için müşteri tarafından optimize edilebilir.

Grafen gibi farklı malzemelerden transistörler oluşturmak, Moore'un öngörüsünden daha fazla yaşam çıkarmak için araştırılan başka bir alandır. Ve çizginin aşağısında, kuantum hesaplama oyunu tamamen değiştirebilir.

Gelecek Koomey Yasasına Aittir

2011 yılında Profesör Jonathan Koomey, en yüksek çıkış enerji verimliliğinin (en yüksek hızda çalışan bir işlemcinin verimliliği) Moore Yasası tarafından tanımlanan işlem gücü yörüngesini yansıttığını gösterdi.

Koomey Yasası, 1940'ların vakum tüplü canavarlarından 1990'ların dizüstü bilgisayarlarına kadar, joule başına enerji hesaplamalarının her 1,57 yılda bir güvenilir şekilde ikiye katlandığını gözlemledi. Başka bir deyişle, belirli bir görev tarafından kullanılan pil her 19 ayda bir yarıya indi ve bu da belirli bir hesaplama için gereken enerjinin her on yılda 100 kat azalmasına neden oldu.

Moore Yasası ve Dennard ölçeklendirme, masaüstü ve dizüstü bilgisayar dünyasında son derece önemliyken, kullanım şeklimiz işlemciler o kadar çok değişti ki, Koomey Yasası tarafından vaat edilen enerji verimliliği muhtemelen sen.

Bilgisayar kullanım ömrünüz muhtemelen birçok cihaza bölünmüştür: dizüstü bilgisayarlar, cep telefonları, tabletler ve çeşitli araçlar. Bu çağda bilgisayar kullanımını yaygınlaştırmak, pil ömrü ve watt başına performans, çok çekirdekli işlemcilerimizden daha fazla GHz sıkıştırmaktan daha önemli hale geliyor.

Aynı şekilde, işlemlerimizin büyük bir kısmının büyük bulut bilişim veri merkezlerine yaptırılmasıyla, Koomey Yasasının enerji maliyeti etkileri teknoloji devleri için büyük ilgi görüyor.

Bununla birlikte, 2000 yılından bu yana, Koomey Yasası tarafından tanımlanan enerji verimliliğinin endüstri çapında iki katına çıkarılması, Dennard ölçeklemesinin sona ermesi ve Moore Yasasının yavaşlaması nedeniyle yavaşladı. Koomey Yasası artık her 2,6 yılda bir teslimat yapıyor ve on yıl boyunca enerji verimliliği 100 yerine yalnızca 16 kat artıyor.

Koomey Yasasının zaten Dennard ve Moore'un gün batımını takip ettiğini söylemek erken olabilir. 2020'de AMD, AMD Ryzen 7 4800H işlemcisinin enerji verimliliğinin bir kat arttığını bildirdi. 31.7 2014 CPU'larına kıyasla, Koomey Yasasına zamanında ve önemli bir destek sağlıyor.

İlişkili: Apple'ın Yeni M1 Çipi Oyun Değiştirici: Bilmeniz Gereken Her Şey

Koomey Yasasını Genişletmek İçin Verimliliği Yeniden Tanımlamak

En yüksek çıkış gücü verimliliği, bilgi işlem verimliliğini değerlendirmenin yalnızca bir yoludur ve şu anda güncelliğini yitirmiş olabilir.

Bu metrik, bilgisayarların kıt olduğu ve kullanıcılar ve uygulamalar tarafından sınırlarını zorlama eğiliminde olan maliyetli kaynaklar olduğu son yıllarda daha anlamlı hale geldi.

Şimdi, çoğu işlemci, örneğin bir video oyunu çalıştırırken, hayatlarının sadece küçük bir bölümünde en yüksek performansta çalışıyor. Mesajları kontrol etmek veya internette gezinmek gibi diğer görevler çok daha az güç gerektirir. Bu nedenle, ortalama enerji verimliliği odak noktası haline geliyor.

Koomey, bu "tipik kullanım verimliliğini", yılda gerçekleştirilen işlem sayısını şuna bölerek hesapladı: kullanılan toplam enerji ve onun orijinalinde kullanılan "en yüksek kullanım verimliliği" standardının yerini alması gerektiğini savunuyor. formülasyon.

Analiz hala yayınlanacak olsa da, 2008 ve 2020 arasında, tipik kullanım verimliliğine sahip olması beklenmektedir. Her 1,5 yılda bir iki katına çıktı ve Koomey Yasası, Moore Yasası'nın kendi önemli.

Koomey Yasasının bir anlamı, cihazların boyut olarak küçülmeye devam edeceği ve daha az güç harcayacağıdır. Küçülen - ancak yine de yüksek hızlı - işlemciler, yakında o kadar düşük güç tüketecekler ki çizim yapabilecekler enerjileri doğrudan çevreden, örneğin arka plan ısısı, ışık, hareket ve diğerleri kaynaklar.

Bu tür her yerde bulunan işleme cihazları, Nesnelerin İnterneti'nin (IoT) gerçek çağını başlatma ve akıllı telefonunuzu 1940'ların vakum tüplü devleri kadar eski görünme potansiyeline sahiptir.

Ancak, bilim adamları ve mühendisler "tipik kullanım verimliliğini" optimize etmek için gittikçe daha fazla yeni teknik keşfedip uyguladıkça, bu kısım bir bilgisayarın toplam enerji kullanımının% 50'si muhtemelen o kadar düşecektir ki, tipik kullanım seviyelerinde, yalnızca en yüksek-çıktı, ölçü.

En yüksek çıktı kullanımı, enerji verimliliği analizi için bir kez daha kıstas olacaktır. Bu senaryoda, Koomey Yasası sonunda Moore Yasasını yavaşlatan aynı fizik yasalarıyla karşılaşacak.

Termodinamiğin ikinci yasasını içeren bu fizik yasaları, Koomey Yasasının 2048 civarında sona ereceği anlamına geliyor.

Kuantum Hesaplama Her Şeyi Değiştirecek

İyi haber şu ki, o zamana kadar kuantum hesaplama, tek atomlara dayalı transistörler ile iyi bir şekilde geliştirilmelidir. sıradan ve yeni nesil araştırmacılar, bilgi işlem.

AMD Vs. Intel: En İyi Oyun İşlemcisi Nedir?

Bir oyun bilgisayarı kuruyorsanız ve AMD ile Intel CPU'lar arasında parçalanmışsanız, oyun donanımınız için hangi işlemcinin en iyi olduğunu öğrenmenin zamanı geldi.

Yazar hakkında