Thiết kế điện tử - Sự phát triển tương lai luật Moore

Trong các năm 1950s, Gordon Moore, đồng sáng lập ra Fairchild Semithỉnh và Intel, đã xuất bản một tờ báo chỉ ra số lượng các thành phần cho mỗi hệ thống được tổng hợp sẽ tăng gấp đôi mỗi năm trong thập kỷ tới. Trong số lần thử nghiệm đó, anh ta đã xem lại dự báo của mình và nói rằng số bộ phận đã tăng gấp đôi mỗi hai năm. Đây là luật của Moore nổi tiếng.

Luật của Moore đã được chứng minh là đúng hàng thập kỷ. Vả lại, luật của Moore đã hướng dẫn s ản xuất và thiết kế chip. Các nhà nghiên cứu về Intel và AMD luôn đặt mục tiêu và mục tiêu theo luật của Moore. Khi luật của Moore còn thúc đẩy s ự phát triển nhanh của thiết kế con chip, máy tính trở nên nhỏ hơn. Luật của Moore không chỉ là một dự đoán, nó trở thành mục tiêu và tiêu tiêu mà các nhà s ản xuất muốn đạt được. Đây là vài ví dụ về luật của Moore:

Trong 1971, một trong những thủ tục đầu tiên là 10 micros (hay 1000000 lần nhỏ hơn một mét). Trong 2001, là 130 nm, gần chục lần nhỏ hơn so với số 1971.

Kể từ bây giờ tại bộ bán dẫn là 10 nm. So với tóc người, đường kính là 100 microns, gần trăm lần lớn hơn các phân dẫn ngày nay.

Hội luật Moore

Với việc phát triển các mạch lớn, các bán dẫn đang ngày càng nhỏ hơn, và số lượng mạch tổng hợp đang tăng theo trật tự hình học, nhưng quá trình sản xuất của nó ngày càng khó khăn. Vượt qua những rào cản về kỹ thuật và công nghệ này không chỉ đòi hỏi nhiều thời gian và nghiên cứu, mà còn rất nhiều vốn và đầu tư. Thời gian luật của Moore cũng dần chậm lại, và thậm chí nó có thể không được thiết lập s ớm, và cuộc khủng hoảng luật của Moore cũng bùng nổ (tất nhiên, nó không thể tránh khỏi nếu không có thay đổi lớn).

Thông tin tình báo mất khoảng hai năm rưỡi để phát triển từ tiến trình 22nm ở 2002 tới phần 1x4. Sau đó, nghiên cứu và phát triển của 10nm đã là một biến cố và chậm trễ nhiều lần. Tuy nhiên, tin tốt là thẻ hình ảnh AMD 7Nm và CPU s ẽ có mặt tại một bộ phim tại bộ nhớ phần thưởng còn lại tại bộ nhớ đến mục đích gần đây. Bởi vì luật của Moore không phải là luật pháp thực sự, mà là dự đoán hay suy đoán, mặc dù nhà sản xuất con chip đã cam kết để đạt và duy trì mục tiêu của họ, nó trở nên ngày càng khó khăn.

Tôi nghĩ luật của Moore s ẽ bị dập tắt trong vòng một thập kỷ tới hay hơn.

Đường hầm lượng tử

Khi các thành phần điện trở nên nhỏ hơn và nhỏ hơn (na-nô), các tính chất lượng tử và hiệu ứng dần dần xuất hiện. Khi chúng ta tiếp tục giảm kích thước của bán dẫn, kích thước của lớp phân hủy đường tụ PN cũng đang giảm. Lớp suy giảm rất quan trọng để ngăn cản dòng chảy các electron. Các nhà nghiên cứu đã tính to án rằng bán dẫn nhỏ hơn 5km sẽ không thể ngăn được dòng điện tử vì hiệu ứng đường hầm của các electron trong vùng suy giảm của chúng. Do đường hầm, các electron sẽ không nhận thấy vùng suy giảm và "thập tự" trực tiếp. Nếu anh không thể dừng dòng chảy các electron, thì bộ bán dẫn sẽ thất bại.

Hơn nữa, chúng ta đang tiến dần đến kích thước của nguyên tử. Về mặt lý thuyết, chúng t a không thể xây một bán dẫn nhỏ hơn nguyên t ử. Đường kính của các nguyên tử silicon khoảng 1 nm, và kích thước cổng của bộ bán dẫn của chúng ta khoảng mười lần kích thước đó. Thậm chí không cân nhắc tác động lượng tử? Chúng ta cũng sẽ đạt tới giới hạn vật lý của bán dẫn và không thể nhỏ hơn.

Hiệu ứng hiện tại và nóng

Ngoài việc đào hầm lượng tử và giới hạn vật lý, còn có hai vấn đề quá trình rất hẹp, tức là hiệu ứng nhiệt của các bán dẫn nhỏ. Khi bán dẫn nhỏ hơn, bán dẫn dạo thường trở nên "thủng lỗ", ngay cả khi ở trạng thái khác. Cũng là điều không thể tránh khỏi để một số dòng chảy đi qua. Cái này gọi là tiết lộ. Nếu chúng ta đặt dòng rò rỉ vào 100 Na, nếu CPU có 100 triệu transistors, thì dòng chảy sẽ là 10A. Cái này sẽ hút hết pin điện thoại trong vài phút nữa. Điện áp cao có thể giảm lượng rò rỉ, nhưng điều này sẽ làm tăng hiệu ứng nhiệt. Dù không xem xét, mỗi cái đồng hồ tính vẫn sử dụng rất nhiều nhiệt. Các nhà sản xuất phải sử dụng các thuộc tính này và làm chúng đúng để ngăn chặn chúng. Khi quá trình trở nên nhỏ hơn và nhỏ hơn, quá trình trở nên ngày càng khó khăn hơn.

Điện tiết cao cũng có thể gây ra vấn đề về silicon tối và ký ức tối. Mặc dù có nhiều bán dẫn trong con chip, nhưng hầu hết bán dẫn phải bị tắt để ngăn con chip bị nóng và tan chảy. Tất cả các bán dẫn tiểu bang này chiếm rất nhiều khoảng trống có thể được dùng để đặt các thành phần khác. Điều này dẫn đến câu hỏi: Chúng ta thực sự cần phải nhỏ hơn, hay chúng ta có cải thiện thiết kế con chip tồn tại?

Sắp tới

Thiết kế 5mm

Dựa trên tất cả các yếu tố này, các điều hành trí thông tin và bản đồ công nghệ lãnh khí quản lý quốc tế cho thấy 5.m có thể là kích cỡ giới hạn có thể đạt được. Năm xu sẽ xuất hiện lần đầu tiên ở 2021. Vậy chúng ta còn có thể trông đợi gì nữa?

Dennard's scale Dennard Gì đây được coi là chị em của luật Moore. Nó được phát triển bởi Robert Dennard trong 1974 và chỉ ra rằng khi bán dẫn trở nên nhỏ hơn, mật độ năng lượng của chúng sẽ giảm. Điều này có nghĩa là khi các bán dẫn trở nên nhỏ hơn, lượng điện áp và dòng điện cần thiết để vận hành chúng cũng sẽ giảm. Luật này cho phép các nhà sản xuất giảm kích thước của bán dẫn và tăng tốc độ đồng hồ bằng một cú nhảy lớn trên mỗi phiên bản. Tuy nhiên, vòng quanh chày, Dennard's phóng to đã s ụp. Bởi vì với kích thước nhỏ hơn, luồng rò rỉ sẽ làm cho bộ bán dẫn nóng lên và gây ra mất mát lớn hơn.

Chúng ta có thể nhận ra rằng mặc dù bán dẫn đã trở nên nhỏ hơn, tỉ lệ xử lý CPU chưa tăng lên trong thập kỷ qua vì sụp đổ đo đo màu. Sự mất mát cao với tốc độ đồng hồ cao cũng là lý do tại sao thẻ điện thoại thông minh sử dụng tốc độ đồng hồ thấp (thường là 1.5 GHz).

Luật của Kumar.

Bằng cách cải thiện hệ thống con chip hiện tại và một nguồn cung cấp hướng dẫn tốt hơn, chúng ta có thể cải thiện lợi nhuận của con chip. Vậy là giáo s ư Jonathan kumey đã đề xuất luật của koomey: số lượng tính toán cho cá nhân năng lượng sẽ tăng gấp đôi mỗi một năm một.5. Tình hình này s ẽ tiếp tục cho tới 2048, khi nguyên tắc của Landauer và những quy luật đơn giản về nhiệt tính ngăn cản cải tiến thêm. Hiện tại, hiệu quả máy tính của giới hạn Landauer khoảng 0.000001=.

Kiến trúc đa lõi

Ngôn ngữ lập trình truyền thống (như Java, C+và mãng xà) chỉ có thể chạy trên một thiết bị duy nhất. Nhưng khi thiết bị trở nên nhỏ hơn và rẻ hơn, chúng tôi có thể chạy cùng một chương trình hoặc đồng thời trên nhiều chip để tăng hiệu suất thêm. Thứ ngôn ngữ như golang và nút sẽ trở nên quan trọng hơn.

Nghiên cứu nguyên liệu mới

Các nhà nghiên cứu trên khắp thế giới đang tìm cách mới hơn và hơn để làm bán dẫn nhỏ hơn và nhanh hơn. Đã được chứng minh rằng các vật liệu như ngũ cốc, và graphene ít mất mát với tần số chuyển đổi nhanh hơn.

Tính toán Quantum

Hiện tại, giải pháp có thể là phát triển máy tính lượng tử. Những công ty như thép và máy móc đang hoạt động rộng rãi trong lĩnh vực này. Quan trọng hơn, việc mở rộng luật lệ của qubts chưa bắt đầu. Cách để vượt qua khía cạnh Dennard là thêm lõi vào một chip để tăng hiệu suất. Hiện tại, tính lượng tử có triển vọng rất lớn. Lợi thế của nó là nó có thể có nhiều trạng thái khác nhau (khác với các máy tính khác 0 và 1). Hiện tại, một số bộ tính lượng tử thử nghiệm đã đạt được kết quả tốt, như thuật toán số ngẫu nhiên thực sự dựa trên công nghệ lượng tử đã thành công.