Rudometov.COM

Грядущее компьютерной техники

Появление вычислительных устройств явилось закономерным этапом развития цивилизации на ее индустриальном этапе. Связано это с тем, что наука, техника и промышленность, а также оборонные задачи требовали быстрой обработки значительных потоков информации. На начальном этапе остроту проблемы сняли информационные центры, созданные на основе сложных, мощных (по тем временам) и дорогих вычислительных комплексов, обслуживаемых большим штатом специально обученных специалистов.

Однако настоящий прорыв в обработке данных произошел после появления чуть более двух десятков лет назад персональных компьютеров, созданных на основе сравнительно дешевых компонентов. Это позволило создать большое количество вычислительных устройств, что обеспечило переход от централизованного способа обработки информации к децентрализованному. Именно благодаря появлению десятков миллионов компьютеров стало реальностью их широкое внедрение практически во все сферы человеческой деятельности. Как результат в значительной степени изменился труд сотен миллионов людей, но много важнее - изменились общественные приоритеты развития. Информация стала объектом труда и чрезвычайно ценным и важным продуктом. В развитых странах до 90% богатства связано с ее обработкой, накоплением и продажей. Эффективность же этой деятельности в значительной степени определяются функциональными возможностями компьютерных средств, которые в свою очередь зависят от уровня развития высоких технологий. Именно все это и стало приоритетными направлениями развития современного общества.

Итак, человечество вступило в эпоху информационной цивилизации с ее еще не познанными законами развития, а также тупиками, прорывами и опасностями.

Необходимо отметить, что человечество всегда пыталось заглянуть в грядущее, чтобы ускорить приход светлого и изобильного будущего, а также избежать возможных ошибок и досадных тупиков. Для координации своих усилий политики, ученые, инженеры и техники стараются согласовывать свою созидательную деятельность. Именно этой благородной цели служат многочисленные прогнозы и оценки развития. Свой вклад в это дело вносят и регулярные сессии IDF (IDF — Intel Developer Forum), посвященные высоким технологиям в области компьютеров и электроники. Материалы этого форума могут служить хорошей основой для краткосрочных и долгосрочных прогнозов развития компьютерных отраслей промышленности, влияющих, кстати, самым непосредственным образом на уровень развития общества и жизни его членов.

На заседаниях IDF, проводимых в разных странах мира в течение всего года, обсуждаются самые современные технологии и продукты электронных отраслей индустрии, определяющих возможности современной вычислительной техники. Кроме того, на этих заседаниях крупнейшими специалистами обсуждаются перспективные направления, а также анализируются возможности существующих и будущих высокотехнологичных технологий.

И хотя уже многими принято расшифровывать первый символ в IDF как Industry и считать Форум мероприятием всей компьютерной индустрии, нельзя забывать, что корпорация Intel является лидирующей фирмой, в значительной степени определяющей развитие всей отрасли.

Ключом же к описанному будущему, по мнению Патрика Гелсингера, вице-президента и Главного Технического Директора корпорации Intel (Patrick Gelsinger, Vice President, Chief Technology Officer, Intel Corporation), является небезызвестный закон Мура. Этого же мнения придерживаются и многие ведущие компьютерные специалисты.

Более трех десятков лет назад Гордон Мур (Gordon Moore, Chairman Emeritus of Intel Corporation) на основе анализа развития полупроводниковых микросхем предсказал регулярное удвоение числа транзисторов в сложных электронных устройствах. Первоначально удвоение предсказывалось каждый год, и в последующие несколько лет эта оценка удивительным образом соответствовала реальному усложнению интегральной схемотехники. Однако в дальнейшем это предсказание было откорректировано: удвоение числа транзисторов в процессорах происходит каждые 1,5-2 лет. Данная оценка сохраняет свою актуальность уже почти четыре десятка лет. Именно это теперь называется законом Мура (Moore's Law).

Гордон Мур, автор закона Мура (Moore's Law)

Закон Мура стал правилом для специалистов и бизнесменов, позволяющим предсказывать потенциальные возможности будущих, еще не созданных изделий.

При анализе же возможностей современных технологий возникает вопрос о сроках действия закона Мура. Как долго компьютерные чипы будут эволюционировать по экспоненциальному закону? Существует ли предел амбициям разработчиков, увеличивающим количество транзисторов в микросхемах при постоянном уменьшении размеров элементов, составляющих их основу?

Действительно, в 80-е годы специалисты по полупроводниковым элементам мечтали о технологии 1 мкм, и спорили о сроках достижения и возможности преодоления этого рубежа. Сегодня речь уже идет о преодоления барьера в 0,01 мкм (10 нм). Когда же в результате уменьшения размеров элементов наступит постоянно отодвигаемый предел? И когда же, наконец, закон Мура перестанет действовать?

Глава корпорации Intel Крейг Баррет считает, что развитие полупроводниковых технологий позволит реализовать процессоры, работающие на тактовой частоте 30 ГГц

Тем не менее, оставляя в стороне частотные параметры компьютерных комплектующих, необходимо признать, что пределы уменьшения размеров полупроводниковых элементов, конечно же, существуют. Это следует из законов природы, в основе которых лежит дискретная структура окружающего нас мира, включая атомарное строение полупроводников. Однако до пределов, сравнимых с размерами атомов еще сравнительно далеко. Именно поэтому преждевременно оценивать будущую архитектуру компьютерных компонентов, основу которых в соответствии с прогнозом будут составлять миллиарды полупроводниковых элементов.

Патрик Гелсингер размышляет о будущем технологий

Что же касается перспектив же и сроков действия закона Мура, то вот как оценил их Патрик Гелсингер в одном из своих докладов на IDF: “Кто-то говорит 10 лет, 15 лет. Я же обещаю вам, что пока я не уйду на пенсию, по крайней мере, 2,5 десятилетия, закон Мура будет существовать. Будущее никогда не было для нас таким ясным, как оно есть сейчас. Мы будем двигаться вперед вместе с законом Мура, связанным с развитием бизнеса и технологии. И конец пока вне поля зрения”.

По мере развития электронных и компьютерных технологий постоянно повышается сложность и производительность процессоров. На этом пути было множество объективных препятствий, но они постепенно преодолевались учеными и инженерами за счет создания новых архитектур и совершенствования новейших технологий. И на Форумах уже демонстрировались экземпляры процессоров, работающие на частотах, превышающих 5 ГГц.

Здесь следует напомнить, что в основе подавляющего количества выпускаемых в настоящее время микросхем лежит использование традиционных полевых МОП-транзисторов (полевые транзисторы МОП-технологии — Металл-Окисел-Полупроводник содержат по три контакта-области — Исток, Сток, Затвор; ток Исток-Сток транзистора управляется напряжением, подаваемым на затвор; ток через Затвор практически равен нулю). Развитием этих элементов стали транзисторы КМОП — комплиментарные МОП-транзисторы. Совершенствование же полупроводниковых технологий позволяет уменьшать их размеры.

Архитектура традиционного и терагерцевого транзистора

Однако уменьшение размеров полупроводниковых элементов и высокие рабочие частоты порождают целый ряд проблем. Например, специалисты Intel уже продемонстрировали транзисторы, содержащие элементы толщина которых составляла всего три атома. При столь малых размерах практически невозможно исключить неуправляемые токи утечек. Более того, уже сильно сказываются квантовые эффекты, например, туннельный эффект, обеспечивающий проникновение электронов через потенциальные барьеры изолирующих слоев. Неуправляемые же токи утечек, помноженные на число используемых транзисторов, могут достигать значительных величин. Кроме того, на высоких частотах, достигающих иногда десятков гигагерц, даже микронные проводники могут вносить нежелательные задержки сигналов в виду наличия собственной индуктивности. Расположенные же в непосредственной близости от проводников и элементов, они, как, впрочем, все компоненты внутренней структуры, создают взаимные паразитные емкости, влияющие на прохождение сигналов, стремящиеся нарушить устойчивость работы. Кроме того, эти индуктивности и емкости повышают энергопотребление и теплообразование.

Продолжение статьи >>

Перейти к разрелу Процессоры