StoryEditor

Fundamentálne limity rýchlosti počítačov sú na dosah

21.09.2007, 00:55
V San Franciscu sa aktuálne koná konferencia IDF 2007 -- Intel Developer Forum 2007, na ktorej spoločnosť Intel prezentuje svoje najhorúcejšie novinky. Tento rok sa koná desiaty ročník fóra a svojou účasťou ho poctil i Gordon E. Moore, jeden zo zakladateľov spoločnosti Intel, autor tzv. Moorovho zákona.

Gordon E. Moore (na obrázku) v roku 1965 publikoval v časopise Electronics Magazine článok s názvom "Cramming more components onto integrated circuits" (v doslovnom preklade "Napchanie väčšieho množstva komponentov do integrovaných obvodov"), v ktorom načrtol svoju víziu vývoja čipov v nasledujúcich desaťročiach. Na základe svojich výpočtov sformuloval empirický výrok, ktorý hovorí o tom, že každých 24 mesiacov budú počítačové súčiastky dvojnásobne komplikovanejšie, počet tranzistorov integrovaných v jednom čipe rovnakej plochy bude možné každé dva roky zdvojnásobiť (formulácia upraveného zákona z roku 1975, pôvodná verzia z roku 1965 bola optimistickejšia, hovorila o časovom intervale jedného roka). Komplikovanosť počítačových komponentov je daná predovšetkým počtom tranzistorov (prepínačov, ktoré spracúvajú jednotky a nulky binárnej sústavy) – najvýznamnejšiu úlohu zohrávajú v procesoroch, kde Moorov zákon platí viac-menej dodnes. Od roku 1965 skutočne v intervale 18 až 24 mesiacov prichádzajú výrobcovia procesorov, najmä spoločnosť Intel, s procesormi, ktoré obsahujú oproti predošlej generácií dvojnásobný počet tranzistorov. Vývoj sa však musí jedného dňa zastaviť. Kedy to bude? Samozrejme, padla i otázka na túto tému.

Gordon Moore skonštatoval, že jeho zákon bude platiť možno ešte jednu dekádu, približne v roku 2020 by sa však malo ďalšie znižovanie rozmerov tranzistorov zastaviť, pretože nastane situácia, kedy to už fyzikálne zákony jednoducho nedovolia. Moore pripomenul myšlienku známeho popularizátora vedy Stephena Hawkinga, ktorý raz na otázku, aké sú fundamentálne limity mikroelektroniky, odpovedal - rýchlosť svetla a atómová povaha vecí.  

Výrobcovia počítačových čipov sa snažia v snahe priniesť vyšší výkon zmenšovať veľkosť tranzistorov. Väčší počet znásobuje výkon takýchto čipov. Aby však bolo možné menšie tranzistory do čipu implementovať, nato sú potrebné dokonalejšie technológie. V oblasti počítačov sú často omieľanými pojmami spojenia ako 130 či 90 nanometrový proces výroby. Čím menšie číslo, tým dokonalejší proces výroby, tým hustejšie možno na doštičku integrovať tranzistory (pri 90 nm procese má jeden tranzistor šírku 90 miliardtín metra). Dokonalejšia výroba prináša aj ďalšie výhody – zníženie nákladov na výrobu čipov, či zníženie energetickej náročnosti. Avšak. Na IDF 2007 výkonný riaditeľ spoločnosti Intel, Paul Gelsinger predstavil vzorku dvojjadrových serverových procesorov "Nehalem" vyrábaných 45 nanometrovým procesom (puzdro veľkosti poštovej známky obsahovalo 700 miliónov tranzistorov). Tieto procesory sa na trhu objavia v roku 2008. Ešte predtým, v novembri tohto roku sa objavia desktopové verzie procesorov z rodiny "Penryn", taktiež vyrábané 45 nm procesom, avšak až s 830 miliónmi tranzistorov. Do konca roka by sa malo objaviť 15 typov 45 nm procesorov Intel.

Takáto hustota tranzistorov však spôsobuje problém týkajúci sa úniku prúdu cez tranzistorové hradlá (hradlá zapínajú a vypínajú tranzistory). V dôsledku toho je potrebné únik prúdu minimalizovať – do spodnej časti hradla sa umiestni dielektrikum (izolant), ktoré oddeľuje hradlo od kanálu, ktorým preteká prúd. Doteraz sa ako dielektrikum hradla používal oxid kremičitý, pri 45 nanometrovej výrobe, kedy bude jeden čip obsahovať až 800 miliónov tranzistorov, však už ako izolant nepostačuje a je preto potrebné siahnuť po inom materiáli. Vzorky procesorov "Nehalem" prezentované na IDF 2007 obsahovali v dielektriku namiesto oxidu kremičitého hrubší High-k (vysoká hodnota dielektrickej konštanty) materiál na báze chemického prvku hafnium, ktorý má lepšie tepelné vlastnosti. A práve takýmto vzácnym materiálom patrí budúcnosť.

Paul Ottelini a 300 mm kremíkový wafer / plát procesorov "Penryn"

Paul Ottelini, prezident Intelu, na tohtoročnej IDF 2007 zároveň predstavil ukážku čipu vyrobeného 32 nm výrobným procesom. Prezentovaná vzorka (SRAM pamäťový čip) obsahovala vyše 1,9 miliardy tranzistorov. Prvé čipy s miliardovým počtom tranzistorov by sa mali začať produkovať v roku 2009.

Vráťme sa ale späť k pánovi Moorovi a jeho slovám na tohtoročnej sanfranciskej IDF. Dnes ho fascinuje prepojenie medzi biológiou a výpočtovou technikou. Ak by sa mal dnes vrátiť do školských čias a vybrať si, čomu sa bude venovať, bola by to práve biológia a to ako sa môžu poznatky z nej uplatniť práve v oblasti IT. A to je podľa Moora v súčasnosti veľmi produktívna oblasť. „Je to vzrušujúca doba. Chcel by som sa sem vrátiť o sto rokov a vidieť všetko to, čo sa tu medzičasom udialo,“ uzavrel 78-ročný Gordon Moore.

menuLevel = 2, menuRoute = style/tech, menuAlias = tech, menuRouteLevel0 = style, homepage = false
20. apríl 2024 06:54