무어의 법칙 : 칩 제조업체들이 PC를 새로운 차원으로 몰아 넣는 방법

두 가지 방법이 없다: PC가 노화됨에 따라 속도가 느려진다.

다소 가혹할 수있다. - 컴퓨터 가 이전보다 빠르고 더 빨라졌지만 프로세서 성능은 과거의 빠른 속도로 발전하지 못했습니다. 한 번에 해마다 50-60 %의 도약이 일상적이었습니다. 다행스럽게도 5 년이 넘은 컴퓨터는 여전히 일상적인 작업을 처리 할 수 ​​있으므로 성능 저하가 큰 문제는 아닙니다. 게다가 경제가 침체되는 동안 격년으로 PC를 교체하지 않아도 좋습니다. 그러나 기술은 현상 유지에 전진하지 않습니다. 미래는

속도 ! "나는 이것에 대해 어떤 생각이나 생각도하지 않는다. 이질적인 아키텍처는

미래의 길이다." 다행스럽게도 PC 프로세서의 가장 큰 이름은 현상 유지에 만족하지 않습니다. 칩 제조사들은 퍼포먼스 페달을 금속으로 유지하기 위해 무어의 법칙이 약화되고 파워 월 (power wall)이 상승하는 문제를 해결하기 위해 과격하게 노력하고 있습니다. ? 실제로는 여러 가지 종류가 있으며 각각 미래에 대한 큰 가능성을 가지고 있습니다. 커튼 뒤에서 살펴 보겠습니다.

Intel: 거인의 어깨에 건설하기

Wikipedia / Wikimedia CommonsChip 트랜지스터는 수년에 걸쳐 계산됩니다. (클릭하면 확대됩니다.)

무어의 법칙에 대한 분석을 통해 오늘날의 지루한 실적이 향상 될 수 있습니까? 좀 빠지는. 무어의 전설적인 라인은 종종 CPU 성능에 대해 잘못 인용 될 수 있지만, 법의 서한은 2 년마다 2 배로 증가하는 회로상의 트랜지스터의 수를 중심으로 돌아가고있다.

다른 칩 제조업체들은 트랜지스터를 축소하고 더 ​​많은 것을 짜내는데 어려움을 겪고있는 반면 무어 (Moore) 자신이 공동 설립 한 인텔 인 인텔은 말하면서 무어의 법칙을 따라 잡았다. 이는 인텔의 소규모 기술자 군대가 달성 한 성과이다. 하지만 엔지니어는 물론, 영리한 기술자도 있습니다. 트랜지스터가 더 밀집 해 짐에 따라 열 및 전력 효율성 문제가 주요 문제가됩니다.

이제 트랜지스터는 거의 극도로 작은 크기에 이르렀습니다. Intel Ivy Bridge 칩의 10 억 개 이상의 트랜지스터는 각각 22 나노 미터 (약 0.000000866 인치)를 차지합니다. 이러한 불황을 극복하는 것은 창조적 인 생각입니다.

"의심의 여지가 없습니다. 하드 "Intel 기술 제조 관리자 인 Chuck Mulloy는 전화 인터뷰에서 말했다. "정말로, 실제로 어렵습니다. 우리는 원자 수준에 있습니다."인텔은 진전을 계속하기 위해 과거의 트랜지스터 기본 설계에 상당한 변화를주었습니다 로사리오 염주. 2002 년에 회사는 실리콘 크리스털의 구조를 약간 변형시켜 칩 성능을 10-20 % 증가시킨 소위 "스트레인 드 실리콘"으로 바꾸고 있다고 발표했습니다.

모 힘은 문제를 의미합니다. 특히, 트랜지스터가 계속 축소되면서 전자 누설이 증가하여 효율이 훨씬 떨어집니다. 최근의 두 가지 비틀기는 새로운 방식으로 누설 사고에 맞서고 있습니다. 너무 괴상하지 않고 회사는 트랜지스터의 표준 실리콘 산화물 절연체를 스레딩하여보다 효율적인 "high-k 메탈 게이트"절연체를 사용하기 시작했습니다. 45nm 제조 공정. 그것은 간단하게 들리지만 실제로는 큰 문제였습니다. 그 후에 Intel의 현재 Ivy Bridge 칩에 "tri-gate"또는 "3D"트랜지스터 기술이 도입 된 기념비적 인 변화가있었습니다.

IntelAn 이미지는 평면 (왼쪽) 게이트 (오른쪽) 트랜지스터. 트라이 게이트 트랜지스터의 전자는 전통적인 평면 트랜지스터의 평평한 흐름과 비교하여 수직 평면으로 흐른다. 전통적인 "평면"트랜지스터는 전자를 운반하는 채널의 양쪽에 한 쌍의 "게이트"를 가지고 있습니다. 트라이 게이트 트랜지스터는 두 개의 측면 게이트를 연결하는 채널 위에 세 번째 게이트를 추가하여 2 차원 적 사고를 산산조각 냈습니다. 이 설계는 전력 요구를 낮추면서 누출을 줄임으로써 효율을 향상시킵니다. 다시 말하지만, 간단하지만 3 차원 트랜지스터를 제조하려면

의 기술적 정밀도가 필요합니다. 현재 인텔은 3D 트랜지스터를 탑재 한 유일한 칩 제조업체입니다.

Intel의 다음 단계는 무엇입니까? 회사는 말하고 있지 않습니다. 실제로 Mulloy는 차세대 익스트림 자외선 리소그래피 공정과 같은 기술이 인텔이 칩에 도입하기 몇 년 전에 PR "블랙홀"에 들어간다 고 말합니다. 그러나 그는 위에서 언급 한 과거의 개선 사항이 일반 대중에게 소개되었을 때만 멈추지는 않는다고 강조했다. "사람들은 '인텔이 이것을 사용했다고 생각하는 경향이있다. 이제는 다음 단계로 나아 간다고 생각한다.'" 고 밝혔다. "우리가 high-k 메탈 게이트의 기능을 추가했을 때 스트레인 드 실리콘은 사라지지 않았다. 우리가 트라이 게이트 트랜지스터에 갈 때 High-k 메탈 게이트가 사라지지 않았다. 우리는 여전히 그것을 구축하고 개선하고있다. 스트레인 드 실리콘의 4 세대, high-k 메탈 게이트의 3 세대, 곧 출시 될 14nm 칩은 2 세대 트라이 게이트가 될 것입니다. "

최고의 칩 기술은 계속해서 개선되고 있습니다. 아, 그리고 인텔이 가치있는 일로 인텔은 무어의 법칙이 적어도 트랜지스터 수축 세대를 두 번 더

더 줄이지 않을 것이라고 생각한다.

AMD: 병렬 컴퓨팅의 모든면에서 인텔 만이 도시의 칩 메이커는 아니다. 라이벌 AMD는 트랜지스터 기술의 개선에만 순전히 도약하기보다는 특정 작업에 더 적합한 다른 프로세서로 작업 부하의 일부를 이동시킴으로써 CPU를 절삭 할 때 성능의 미래에 다소 여유가 있다고 생각합니다. Bitcoin 마이닝 및 많은 과학적 용도와 같이 다수의 동시 계산이 필요한 작업을 통해 그래픽 프로세서 (예: smoke)를 지원합니다. 병렬 컴퓨팅에 대해 들어 본 적이 있습니까?

AMD는 HSA 표준에 맞게 설계된 AMD APU를 설계했습니다. "트랜지스터 측면에서 더 작은 노드로 이동하면 [CPU] 성능이 6-8에서 어쩌면 10 %, 매년 "AMD의 수석 기술 마케팅 업체 인 Sasa Marinkovic은 말합니다. "그러나 GPU 컴퓨팅 기능이있는 GPU를 추가하면 훨씬 큰 이득을 얻을 수 있습니다. 예를 들어 Internet Explorer 8에서 IE9의 경우 이전 세대의 성능보다 4 배 ~

배의 성능 향상이있었습니다. "

"오늘날의 전력 범위 내에서 성능의 도약이 이루어 지거나 전력 포락선을 크게 낮추고 동일한 성능을 볼 수 있습니다 "라고 Marinkovic은 말합니다.

AMD는 이질적인 시스템 아키텍처를 추진하고있다. 하나의 칩에 여러 프로세서 사이의 작업 부하를 분배하는 방법은 곧 출시 될 PlayStation 4 게임 콘솔에 탑재되는 프로세서를 포함 해 APU (Accelerated Processing Unit)라고 불린다. APU는 위의 블록 다이어그램에서 볼 수 있듯이 기존의 CPU 코어와 대형 Radeon 그래픽 코어를 동일한 다이에 포함하고 있습니다. AMD의 차세대 Kaveri APU에 탑재 된 CPU와 GPU는 동일한 메모리 풀을 공유하여 라인을 더욱더 흐리게하고 더 빠른 성능을 제공합니다. AMD만이 병렬 컴퓨팅에 대한 아이디어를지지하는 칩 메이커는 아닙니다. 이 회사는 HSA 재단의 창립 멤버 였지만 인텔과 엔비디아는 향후 더 쉽게 병렬 컴퓨팅을위한 프로그래밍을 쉽게 만들어야하는 표준을 만들기 위해 노력하고 있습니다. 업계 선도 기업들이 HSA 재단의 비전의 중추를 제공하는 것은 좋은 일입니다. 병렬 컴퓨팅의 굉장히 다른 미래가 실현되기 위해서는 프로그램 및 애플리케이션을 구체적으로 작성하여 하드웨어 디자인.

HSA Foundation

"소프트웨어가 핵심입니다."Marinkovic은 인정합니다. "풀 HSA 호환성을 갖춘 APU와 완전 HSA가없는 APU를 살펴보면 소프트웨어가 변경되어야하지만 더 나은 방향으로 변경 될 것입니다 … 우리가 원하는 곳은 코드 한 번만 사용하고 어디서나 사용할 수 있습니다. 당신은이 HSA Foundation 회사 전체에서 HSA 아키텍처를 사용하고 있습니다. PC를위한 프로그램을 작성하고 스마트 폰이나 태블릿에서 작은 조정이나 편집을 통해 실행할 수 있기를 바랍니다. " Nvidia의 GeForce 중심 CUDA 플랫폼, Windows 시스템에서 DirectX 11로 구운 DirectCompute API, Khronos Group에서 관리하는 오픈 소스 솔루션 인 OpenCL과 같은 병렬 GPU 컴퓨팅을 가능하게하는 API (Processing Processing Interface) 대부분의 프로그램이 어떤 방식 으로든 집중적 인 그래픽을 처리하지만 소프트웨어 가속기에서 하드웨어 가속화가 이루어지고 있습니다. 예를 들어, Internet Explorer와 Flash는 악조건에 놓여 있습니다. 바로 지난 주에 Adobe는 Windows 버전의 Premiere Pro에 대한 OpenCL 지원을 추가한다고 발표했습니다. 대표자에 따르면 AMD 개별 그래픽 카드 또는 APU 사용자는 GPU 가속을 사용하여 실시간으로 HD 및 4K 비디오를 편집하거나 기본 비 가속 소프트웨어보다 최대 4.3 배 빠른 비디오를 내보낼 수 있습니다. " 이것에 관해서는 어떤 생각이나 생각도하지 말라. "라고 Marinkovic은 말한다. "이질적인 아키텍처는

미래의 길이다."

OPEL: 오랫동안 실리콘, 헬륨, 갈륨 비소!

오늘날의 컴퓨팅 기술은 실리콘 기술을 기반으로하는 미래인가? 확실히, 단기간 동안. 확실히 아닙니다, 장기간에. 언젠가는 미래에 전문가들은 언제 실리콘이 한계에 도달하게 될지 정확히 알지 못하며 단순히 더 이상 밀어 낼 수 없을 것입니다. 칩 제조사는 다른 재료로 전환해야 할 것이다. MIT 연구원이 제작 한 인듐 갈륨 비소화물 트랜지스터의 견해 그날은 먼 길이지만 연구자들은 이미 대안을 모색하고있다. Graphene 프로세서는 잠재적 인 실리콘 후계자로서 많은 선전을 받았지만 OPEL Technologies는 미래가 갈륨 비소에 있다고 생각합니다. OPEL은 POET (Planar Opto Electronic Technology) 플랫폼의 심장부에서 갈륨 비소 기술을 미세 조정했습니다. 이 회사는 20 년 이상 BAE와 미국 국방부 (다른 국가들과 함께)와 협력하여이를 검증했습니다. OPEL은 갈륨 비소 제조 공정을 거쳐 가파른 실망으로 끝나기는했지만 독점적 인 기술이 곧 준비 될 것이라고 말하고 있습니다. OPEL은 최근에 R & D 단계를 빠져 나왔고 Ivy Bridge에서 이티 비트 트랜지스터를 만들려고하지 않았습니다. 20nm 크기이지만 회사에서는 800nm에서 갈륨 비소 (gallium arsenide) 프로세서가 오늘날의 실리콘보다 빠르고

전압의 절반 정도를 사용한다고 주장했다.

"오늘날의 실리콘 프로세서의 속도와 일치시키고 싶다면 대략 3GHz의 클럭 속도라면 20 ~ 30 나노 미터까지 줄이지 않아도된다 "고 OPEL의 수석 과학자 인 Geoffrey Taylor는 말했다. "어쩌면 200nm로 공격 할 수 있습니다." 3 차원 트랜지스터가 아닌 평면 기술을 사용합니다.

실리콘 대체물이 직면 한 가장 큰 문제점 중 하나는 실리콘이 세계에서 가장 첨단 기술이며, 수십억 달러가 실리콘 프로세서 제조에 투자되었습니다. 최대 효율. Intel, AMD, ARM 및 HSA Foundation이 새로운 자료를 위해 모든 것을 폐기하도록 설득하는 것은 어려울 것입니다. OPEL은 자사의 기술이 현재의 실리콘 제조 방법과 크게 겹쳐져 있다고 말합니다. "940>"확장 성이 뛰어나며 CMOS에 적합합니다. "라고 전무 이사 인 Peter Copetti는 말합니다. "이것은 매우 중요합니다. 다른 파운드리 및 반도체 회사와의 논의에서 가장 먼저 물어 보는 것은 '설비를 다시 수리해야합니까?'입니다. 우리 시스템은 지금 당장 나오는 것을 보완하기 때문에 여기에 투자하는 것이 최소한입니다. " OPEL은 또한 웨이퍼가 재사용 가능하다고 말한다. 유럽 우주국 (European Space Agency) 유럽 우주기구 (European Space Agency)반도체를위한 국제 기술 로드맵에 따르면 갈륨 비소는 2018 년에서 2026 년 사이에 잠재적 인 실리콘 대체물로 확인되었습니다. 갈륨 비소가 주류 PC 프로세서 시장의 개 중

개를 캡처하기 전에 아직 많은 테스트와 전환이 필요합니다 하지만 OPEL의 주장 중 일부라도 사실이라면, 그 기술은 미래의 프로세서에 큰 영향을 미칠 수 있습니다.

글쎄, 적어도 우리는 분자 트랜지스터 나 양자 컴퓨팅을 깨질 때까지. 그러나 그것은 전체적인 '기사'입니다.

미래의 얼굴이 녹아 내리는 방향으로 걷기

결국, PC 성능의 미래가 어디로 향하는 지 더 잘 알 수 있습니다. Intel, AMD 및 OPEL의 이니셔티브는 각각 다른 방식으로 커다란 문제를 해결하지만 좋은 방법입니다. 어쨌든 하나의 바구니에 모든 계란을 넣고 싶지는 않습니다.

그리고 무엇보다도, PC 성능 퍼즐의 이질적인 부분이 모두 성공하면 이론적으로 병합 할 수 있습니다.

오늘날의 코어 i7 프로세서 중에서도 가장 힘이없는 바지를 날려 버릴 수있는 강력한 GPU 지원 3 중 게이트 갈륨 비소 (gallium arsenide) 프로세서를 만들 수있는 볼 트론 (Voltron) 방식의 패션 오늘날의 성능 곡선은 평평해질 수 있지만 미래 무시 무시한

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