Обойти закон Мура поможет теория хаоса
Соучредитель компании Intel Гордон Мур верил, что число транзисторов на интегральных схемах должно каждые год-два увеличиваться в два раза. Что интересно, этот неофициальный наказ, который впоследствии был назван законом Мура, соблюдался с 1965 по 2015 год, пока производители чипов не начали сталкиваться с проблемами уменьшения размеров транзисторов и одновременного повышения мощности. Тем не менее исследователи из Университета штата Северной Каролины (США) считают, что нам необязательно пытаться сделать транзисторы меньше, чтобы сделать чипы мощнее.
Ученые предлагают использовать базовые принципы так называемой теории хаоса, которая позволит решить проблему закона Мура, то есть вопрос, который не может решить даже сама Intel.
Ведущий исследователь Бенам Киа говорит, что «мы достигли физических ограничений в вопросах размера транзисторов». Даже если вы ни разу не смотрели ни одной из презентаций компании Intel, то наверняка читали в СМИ о том, что достижение стандартов очередного производственного процесса становится все сложнее и сложнее. Преодолеть размер технологического процесса в 14 нм (размер тех самых транзисторов в чипах) оказалось не так легко, как хотелось бы. Поэтому Intel даже пришлось несколько раз отложить переход к 10-нм техпроцессу. Видимо, чтобы оставить хотя бы какой-то задел на будущее. Но Киа и его команда считают, что наша озабоченность размером транзисторов затмила ключевой факт о том, как на самом деле производятся современные чипы.
В обычном компьютерном чипе имеется набор из нескольких интегральных схем и транзисторов, и при этом каждый элемент разработан с учетом выполнения определённой функции. Представьте себе фабрику (процессор), на которой каждый сотрудник с калькулятором (транзистор) ежедневно занимается одной и той же задачей – проведением расчетов. Первые процессы содержали всего несколько сотрудников, но прогресс развивался, сами калькуляторы вместе с сотрудниками уменьшились в размерах, и теперь под одной крышей фабрики (размеры которой не поменялись) могут ютиться гораздо больше таких сотрудников. Но при этом каждый из этих сотрудников по-прежнему время от времени выполняет один бит операции вычислений.
При такой ситуации большое число сотрудников попросту бездействуют, не реализуя тот количественный потенциал, который был заложен в эту фабрику. Как объясняет Киа, новый предлагаемый его командой дизайн чипов использует «теорию хаоса» — собственную нелинейность системы, — которая позволяет запрограммировать отдельные цепи транзисторов на выполнение разных задач.
«В нашем метафоричном сравнении ваша фабрика перестанет нанимать больше сотрудников и вместо этого заставит имеющихся работников выполнять множественные вычисления. Другими словами, тот же набор (число) доступных транзисторов/сотрудников сможет выполнять больше работы/вычислений. И что интересно, такой принцип не так сложно интегрировать, как может показаться на первый взгляд».
Несмотря на то, что команда из Университета штата Северной Каролины понимает, что их идея носит в настоящий момент лишь теоретический характер, создание программируемых транзисторных цепей на самом деле не является очень сложной задачей. Исследователи считают, что реконфигурируемые чипы можно производить практически на том же оборудовании, которое Intel в настоящий момент использует на своих производственных линиях при сборке процессоров. Единственной проблемой сейчас, по мнению исследователей, является отсутствие материалов, позволяющих создавать на их базе рабочие чипы с техпроцессом ниже 5 нм. Однако и над этой проблемой соответствующие ученые уже работают.