Úvod Počítače Moorov zákon: Geniálna vízia, ktorej koniec je za dverami

Moorov zákon: Geniálna vízia, ktorej koniec je za dverami

42
moorov zákon
Zdroj: Intel

Ako to už v prírode chodí, všetko sa riadi určitými zákonmi. Tie vo všeobecnosti opisujú známe pravidlá, ktorých obídenie býva vo všeobecnosti veľmi zložité. Podobnými pravidlami sa riadi aj svet moderných technológií. Okrem Von Neumanovaj schémy, ktorá platí už niekoľko desaťročí, je tu ešte jedno pravidlo, ktoré zdá sa čoskoro už nebude možné aplikovať v praxi. Tomuto pravidlu sa hovorí Moorov zákon.

Aby som to zjednodušil, použijem všeobecnú citáciu znenia Moorovho zákona z minulého storočia. Tá hovorí: “Počet tranzistorov, ktoré môžu byť umiestnené na integrovaný obvod, sa pri zachovaní rovnakej ceny zhruba každých 18 mesiacov zdvojnásobí.” Ide o pôvodné znenie zákona, ktorý definoval jeden zo zakladateľov spoločnosti Intel v roku 1965. Dá sa teda povedať, že v tomto roku oslavuje jeden z najzákladnejších zákonov technologického priemyslu 55 rokov.

Od polovice 60. rokov minulého storočia sa toho však veľmi veľa zmenilo. Svet sa posunul vpred takým tempom, že aktuálne sa inžinieri snažia vyriešiť otázku, čo bude po Moorovom zákone. Poďme si to teda pekne rozobrať “od podlahy”. V dobe, keď prišlo k zadefinovaniu tohto zákona, samotné CPU, ako ich dnes poznáme, boli ešte v plienkach. Tranzistory, teda polovodičové súčiastky, ktoré sú dnes základným stavebným kameňom každého procesora, boli extrémne veľké a energeticky náročné. V roku 1965 oslávil unipolárny tranzistor, ktorý sa dnes využíva v procesoroch, len 5 rokov, a preto sa nepredpokladalo, že sa tak skoro dostaneme na aktuálnu úroveň. Niektoré odhady tej doby dokonca hovorili, že platnosť Moorovho zákona bude až 600 rokov. Dnes už ale môžeme povedať, že takéto predpoklady boli mylné.

moorov zákon timeline
Zdroj: Google
Začiatky boli smelé

Vôbec prvý procesor, ktorý vznikol v Moorovskej ére bol Intel 4004. Na vtedajšiu dobu pomerne výkonný komponent by dnes s ťažkosťami zvládol akúkoľvek úlohu. Počet jeho tranzistorov bol 2300 a takt bežal na úrovni 100 – 740 kHz. Jeho nepriamym nasledovníkom sa stal Intel 8008, ktorý už mal tranzistorov 3500 a bol vyrobený pomocou 10 mikrometrovej technológie. V tej dobe bol považovaný za technologickú špičku. Postupne ako čas plynul, sa dostávalo na kremíkovú dosku procesora čoraz viac tranzistorov a ich výrobný proces sa zmenšoval. Začiatkom 90. rokov prišlo na trh legendárne označenie Intel Pentium. Prvý procesor z tejto rodiny, predstavený v roku 1993, už ma 3,1 milióna tranzistorov a bol vyrobený 800 nm výrobným procesom. Takže bez problémov spĺňal Moorov zákon a o jeho možnom narušení sa v tej dobe ani nepremýšľalo.

Bez problémov platil až do druhej polovice prvej dekády nášho tisícročia. Vtedy si začali výrobcovia uvedomovať, že neustále zmenšovanie výrobného procesu čoskoro narazí na fyzikálny problém. Tranzistory sa dostanú svojou veľkosťou na úroveň atómov materiálu, z ktorého sú vyrobené a tým pádom už nebude možné Moorov zákon aplikovať. Taktiež sa jeho pôvodné znenie muselo pozmeniť. Technologicky s udržaním rovnakých nákladov bolo čoraz zložitejšie vyrábať stále menšie a menšie tranzistory. Samotná výroba sa taktiež začala predražovať, nakoľko vývoj bol stále drahší.

Situácia sa zmenila, svet sa začal zmenšovať

Poďme sa teda pozrieť na samotný Moorov zákon a aktuálnu situáciu z dnešného hľadiska. V krátkosti by som to mohol zhrnúť aj takto. Intel má problém, AMD preberá pozíciu lídra a Apple s Qualcommom sa hrajú na vlastnom piesočku. Intel, kedysi najväčší a najpokrokovejší výrobca procesorov, už dlhšiu dobu tápa. Problém je v tom, že sa akosi zasekli na dnes už zastaraných výrobných procesoch 14 nm respektíve, označením Intelu 10+nm. To sa nielenže odráža na celkovom výkone a spotrebe energie procesora, ale taktiež na kľúčových partnerstvách.

moorov zákon intel
Zdroj: Wccftech

Pred pár týždňami sme Vás informovali, že Apple ohlásil prechod z Intelu na vlastný Apple Silicon. Tento krok bol pomerne logickým vyústením situácie okolo vývoja noviniek spoločnosti Intel. Nakoľko Apple už pred dvoma rokmi oficiálne predstavil vôbec prvý procesor vyrobený 7nm výrobným procesom, bolo len otázkou času, kedy svoje partnerstvo s Intelom rozviaže. Momentálne informácie dokonca hovoria o tom, že v tomto roku príde na predstavenie prvého 5nm procesora, ktorého počet tranzistorov bude niekde okolo 15 miliárd. Áno. Stále hovoríme o tých istých tranzistoroch, ktorých bolo kedysi na procesore len 2300. Exponenciála Moorovho zákona je teda naplnená. Raz za približne 18 mesiacov príde k zdvojnásobeniu počtu tranzistorov.

moorov zákon apple a14
Zdroj: Notebook Check
Narazili sme na fyzikálny problém?

Avšak 5nm je približne veľkosť molekuly materiálu, z ktorého je procesor vyrobený. Dostávame sa teda na molekulárnu úroveň, kedy už môže dochádzať k energetickým únikom, nakoľko rozostupy medzi jednotlivými tranzistormi sú v rádoch stotín nm. Ak správy z technológií neklamú, už v roku 2022 by sme sa mali dočkať 3nm procesoru od Apple, ktorý pri zachovaní rozmerov soketu procesora bude mať takmer 30 miliárd tranzistorov. 3nm sú však už rozmer jednotlivých atómov, ktoré daný materiál má.

Môžeme teda povedať, že rok 2022 bude koncom platnosti Moorovho zákon. Áno, ale zároveň aj nie. Áno je to najmä preto, že v prípade použitia rovnakého materiálu ako dnes, už nebude možné výrobný proces zmenšovať, a preto budú musieť na rad prísť evolučné zmeny, aké Intel robí už niekoľko rokov. Minimálne Apple s jeho hlavným dodávateľom TSMC už dnes hovoria, že v polovici aktuálnej dekády chcú zmenšiť výrobný proces pod 3nm. To však bude možné dosiahnuť len zmenou materiálu, z ktorého sú komponenty vyrábané.

Východisko je zmena materiálu alebo príchod kvatovej techniky

Ďalšou možnosťou, ktorá by mohla pripadať do úvahy je tá, že by sa z klasických dnes používaných procesorov prešlo na kvantovú techniku. To znamená, že každý tranzistor v procesore by bol schopný pracovať s viacerými hodnotami ako len s 1 alebo s 0. Kvantové počítače sú však dnes na úrovni Intelu 4004. Vieme, že existujú, sú extrémne výkonné, no zároveň nie je možné túto techniku aplikovať do súčasných mobilných zariadení. Prekonanie Moorovho zákona teda nebude len bezvýznamnou udalosťou. Dalo by sa povedať, že pokiaľ sa to skutočne v roku 2025 podarí, bude treba položiť nové základy vnímania moderných technológií. S trochou nadhľadu môžeme Moorov zákon prirovnať k Newtonovým gravitačným zákonom. Tými sa v súčasnosti riadi svet fyziky. Ak sa ich raz podarí prekonať, bude taktiež treba prehodnotiť doterajší prístup k prírode ako takej.

Veľmi rád si teda pozriem nasledujúcich 5 rokov, ktoré budú kľúčové nielen pre svet IT, ale najmä pre Intel. Ak totiž nedokáže držať krok s nastoleným trendom, je dosť možné, že v budúcnosti sa bude musieť zamerať na iné pole pôsobnosti. AMD je totiž skokovo napred. Aktuálne už pracuje na 5nm procesore pre desktopové počítače. Nezdá sa teda, že by sa v najbližšej dobe mal k nemu Intel, ktorý kedysi položil základy tejto problematiky čo i len priblížiť.

moorov zákon amd
Zdroj: Wccftech