Сколько транзисторов могут вместить современные процессоры intel

Редакция gg вместе со всем прогрессивным миром не устает в нынешнем году праздновать 50-летие закона Мура, который, напомним, гласит: «Количество элементов в микросхемах удваивается каждые два года» (кстати, у нас было несколько роскошных статей на эту тему, которые вы можете найти на сайте в теме « 50 лет закону Мура » ). Не устают его праздновать и компании, причастные к личности Гордона Мура. Например, Intel не так давно подвела итог многолетнего претворения в жизнь теории из Закона. Ошеломительные цифры были озвучены, скажу я вам. Ни за что не догадаетесь, насколько круче ваш отсталый смартфон по сравнению с суперпродвинутым компьютером, который сделал возможным первый полет человека на Луну, как часто компаниям приходится полностью модернизировать производство, чтобы ваш ноутбук мог работать дольше, и насколько мы чертовски близки к моменту, когда компьютеры станут умнее нас. Впрочем, зачем гадать, мы все уже написали!

1. По сравнению с первым процессором Intel 4004, выпущенным в 1971 году, современный процессор имеет в 5,6 млн раз больше транзисторов (1,3 трлн) и в 3500 раз более высокую производительность. Энергоэффетивность увеличилась в 90 000 раз. Размеры современных транзисторов измеряются количеством атомов, и один транзистор невозможно увидеть невооруженным глазом.

2. Чтобы наладить производство процессоров по новому техпроцессу каждые два года Intel сталкивается с необходимостью строить новый завод. От старого остается востребованным только здание с подведенными коммуникациями – все оборудование надо обновлять. Это не только дорого само по себе, но требует и того, чтобы выручка от продаж каждого нового поколения устройств с новой технологией покрывала расходы на строительство еще более нового завода.

3. Этот пункт вытекает из предыдущего. С каждым новым поколением процессоров количество их производителей уменьшается, это связано со значительным удорожанием технологий. Более того, компании вынуждены объединяться в разработке во имя прогресса, чтобы хоть как-то уменьшить расходы. На слайде ниже видно, сколько заводов сошло с рельсов с развитием прогресса.

4. Тактовая частота процессоров, которыми оснащается типичный современный автомобильный навигатор, составляет 500 МГц. Для сравнения у космического корабля «Аполлон» в 1966 году был процессор с тактовой частотой 2 МГц. Я просто не верю, что эта штуковина смогла покорить Луну!

5. Современный смартфон, который лежит у вас в кармане, превосходит по мощности компьютер, который установлен в марсоходе Curiosity, запуск которого состоялся 6 апреля 2012 года. Хотя по факту их разделяет приблизительно два поколения техники.

6. 20 лет назад суперкомпьютер Cray-2 обладал такой же мощностью, что и современный смартфон за 300 долларов. А стоил 17 млн долларов.

7. Количество произведенных за 2014 год транзисторов в секунду в 25 раз превосходит количество звезд в нашей галактике и составляет 8 трлн штук.

8. Гордон Мур пророчил, что его закон перестанет действовать в 2015 году. Но похоже на то, что это предсказание не сбылось. Если закон Мура не перестанет действовать до 2025 года, то компьютер будущего по количеству вычислений в секунду обгонит человеческий мозг.

Читайте также  Сколько стоит камера гол про

Закон Мура — наблюдение (изначально сформулированное Гордоном Муром), согласно которому количество транзисторов, размещаемых на кристалле интегральной схемы, удваивается каждые 24 месяца.

Отметим, что часто цитируемый интервал в 18 месяцев связан с прогнозом Давида Хауса из Intel, по мнению которого, производительность процессоров должна удваиваться каждые 18 месяцев из-за сочетания роста количества транзисторов и увеличения тактовых частот процессоров.

Посмотрим, как выполняется правило:

Количество транзисторов в процессоре
2 300
1974 5 000
1978 29 000
1982 134 000
1985 275 000
1989 1 180 000
1993 3 100 000
1997 8 800 000
2001 45 000 000
2005 228 000 000
2009 904 000 000
2013 4 200 000 000
2017 19 200 000 000

Фактически, данные подчиняются следующей формуле:

  • P(n) = P(o) * 2^n
  • P(n) = количество транзисторов в текущем периоде
  • P(o) = количество транзисторов в начальном периоде,
  • n = количество прошедших лет, деленное на 2

P(2017) = 19293798400, что примерно соответствует актуальному значению на 2017 год = 19200000000 транзисторов на кристалл.

Исполнение закона Мура в 1971-2018 годах

В 1965 году (через шесть лет после изобретения интегральной схемы) один из основателей Intel Гордон Мур в процессе подготовки выступления нашел закономерность: появление новых моделей микросхем наблюдалось спустя примерно год после предшественников, при этом количество транзисторов в них возрастало каждый раз приблизительно вдвое.

Он предсказал, что к 1975 году количество элементов в чипе вырастет до 2 16 (65536) с 2 6 (64) в 1965 году. Мур пришел к выводу, что при сохранении этой тенденции мощность вычислительных устройств за относительно короткий промежуток времени может вырасти экспоненциально.Это наблюдение получило название — закон Мура.

В 1975 году Гордон Мур внёс в свой закон коррективы, согласно которым удвоение числа транзисторов будет происходить каждые два года (24 месяца).

Существует масса схожих утверждений, которые характеризуют процессы экспоненциального роста, также именуемых «законами Мура». К примеру, менее известный «второй закон Мура», введённый в 1998 году Юджином Мейераном, который гласит, что стоимость фабрик по производству микросхем экспоненциально возрастает с усложнением производимых микросхем.

Стоимость фабрики, на которой корпорация Intel производила микросхемы динамической памяти ёмкостью 1 Кбит, составляла $4 млн, а оборудование по производству микропроцессора Pentium по 0,6-микрометровой технологии с 5,5 млн транзисторов обошлось в $2 млрд. Стоимость же Fab32, завода по производству процессоров на базе 45-нм техпроцесса, составила $3 млрд.

По поводу эффектов, обусловленных законом Мура, в журнале «В мире науки» как-то было приведено такое интересное сравнение: «Если бы авиапромышленность в последние 25 лет развивалась столь же стремительно, как промышленность средств вычислительной техники, то сейчас самолёт Boeing 767 стоил бы 500 долл. и совершал облёт земного шара за 20 минут, затрачивая при этом 20 литров топлива. Приведенные цифры весьма точно отражают снижение стоимости, рост быстродействия и повышение экономичности ЭВМ».

Читайте также  Простые задачи pascal abc

Рост числа транзисторов на кристалле микропроцессора (1970-2016). Точки соответствуют наблюдаемым данным, а прямая — периоду удвоения в 24 месяца.

На графике отображены данные о количестве транзисторов в процессорах, производительности, потреблению энергии, количеству логических ядер.

Вместе с тем на прошедшей в рамках выставки CES 2019 пресс-конференции, глава компании NV >Дженсен Хуанг заявил, следующее: «Закон Мура более невозможен».

Как теперь отметил топ-менеджер NVIDIA на сессии вопросов и ответов перед небольшим количеством журналистов, прямо сейчас закон Мура выражается в росте на несколько процентов каждый год и удвоение можно ожидать только каждые десять лет.

Интересно, что ещё в 2010 году вице-президент NVIDIA Билл Дэлли (Bill Dally) в своей колонке для журнала Forbes объявил о смерти так называемого закона Мура и отметил, что будущее за параллельными вычислениями.

Закон масштабирования Деннарда и его исполнение

Закон сформулировал в 1974 году разработчик динамической памяти DRAM Роберт Деннард (Robert Dennard) совместно с коллегами из IBM:

«Известно, что уменьшая размеры транзистора и повышая тактовую частоту процессора, мы повышаем повышать его производительность».

Правило закрепило уменьшение ширины проводника (по сути – миниатюризацию техпроцесса) в качестве главного показателя прогресса в микропроцессорной технике. Однако, закон масштабирования Деннарда стал буксовать еще в 2006 году. Количество транзисторов в чипах продолжает увеличиваться, но этот рост не дает существенного прироста к производительности устройств. Представители TSMC (производитель полупроводников) утверждают, что переход с 7-нм техпроцесса на 5-нм увеличит тактовую частоту процессора на 15%.

Известно, что основной причиной замедления роста частоты являются утечки токов, которые Деннард и не учитывал в своих разработках. Даже нынешние студенты первых курсов знают, что при уменьшении размеров транзистора и повышении частоты ток начинает сильнее нагревать микросхему, что при достижении критической температуры выведет ее из строя. В итоге производителям приходится балансировать между выделяемой процессором мощностью и производительностью. Как результат – уже с 2006 года частота массовых чипов установилась на отметке в 4–5 ГГц.

Да, сегодня инженеры работают над новыми технологиями, которые позволят в обозримом будущем решить проблему и увеличить производительность микросхем. К примеру, специалисты из Австралии разрабатывают металл-воздушный транзистор, который работает на частоте в несколько сотен гигагерц. Элемент состоит из двух металлических электродов, выполняющих роли стока и истока. Главное в этой схеме – их расположение (расстояние 35 нм). Они обмениваются электронами друг с другом благодаря явлению автоэлектронной эмиссии. Устройство позволит перестать добиваться уменьшения техпроцессов и сконцентрироваться на построении высокопроизводительных 3D-структур с большим числом транзисторов на кристалле.

Закон Куми и его исполнение

Закон сформулировал в 2011 году профессор Стэнфорда Джонатан Куми (Jonathan Koomey). Совместно с сотрудниками Microsoft, Intel и университета Карнеги-Меллона он сделал следующий вывод исходя из информации об энергопотреблении вычислительных систем начиная с ЭВМ ENIAC (1946):

«Можно утверждать, что объем вычислений на киловатт энергии при статической нагрузке удваивается каждые полтора года». Утверждение, в частности уточняло, что и энергопотребление компьютеров за прошедшие годы также выросло.

Спустя десятилетие после формулировки этого закона выяснилось, что средняя производительность чипа на киловатт энергии теперь удваивается каждые три года. Ситуация поменялась из-за трудностей, связанных с охлаждением чипов (как и было описано выше, с уменьшением размеров транзисторов становится труднее отводить тепло)

Читайте также  Разгадать код сейфа на две сотни меньше

Будущее не за горами?

Да, вовсю разрабатываются технологии охлаждения чипов. Однако об их массовом внедрении пока говорить не приходится. К примеру, разработчики из университета в Нью-Йорке предложили использовать лазерную 3D-печать для нанесения на кристалл тонкого теплопроводящего слоя, в который входит титан, олово и серебро. Теплопроводность такого материала аж в 7 раз лучше, чем у иных термоинтерфейсов.

Надо отметить, что в своем исследовании физик Ричарда Фейнмана (Richard Feynman) еще в 1985 году отметил, что показатель энергоэффективности процессоров способен вырасти в 100 млрд раз. Однако по состоянию на 2019 год это значение не увеличилось и в 100 тысяч раз. Мы привыкли к высоким темпам роста вычислительных мощностей, инженеры ищут способы продлить действие закона Мура и преодолеть трудности, продиктованные законами Куми и Деннарда. Решением могут стать замена основных конструктивных элементов на кардинально новые.


Компания Intel выпустила первую микросхему, содержащую более 2 миллиардов транзисторов.

Четырехядерный процессор, известный под названием Tukwila, спроектирован для использования в мощных серверах.

Его тактовая частота находится на уровне 2 ГГц, что эквивалентно стандартному процессору для персональных компьютеров.

Таким образом, преодолена очередная веха в технологии производства микросхем. Первый процессор, содержащий более миллиарда транзисторов, был выпущен Intel в 2006 году.

Индустрия микросхем управляется законом Мура, сформулированным сооснователем Intel Гордоном Муром (Gordon Moore) в 1965 году.
Этот закон утверждает, что количество транзисторов, которое можно разместить на микросхеме фиксированной стоимости, удваивается каждые два года.

В 2004 году эквивалентный процессор содержал 592 миллиона транзисторов.

Хотя новый процессор содержит более 2 миллиардов транзисторов, он работает на относительно скромной скорости в 2 ГГц, на которой работают множество процессоров для PC.

В прошлом году IBM выпустило самую быструю коммерческую микросхему с тактовой частотой 4,7 ГГц.

Большинство дополнительных транзисторов на новом процессоре Intel используется под память и регистры.
Это позволяет реализовать эффективную архитектуру, предназначенную для быстрой обработки данных.

Чем ближе к процессору находится кэш-память, содержащая данные, подлежащие обработке процессором, тем быстрее происходит обработка данных. Ранние микропроцессоры не имели кэш-памяти в своём составе, вся она располагалась на отдельных микросхемах. Теперь они содержат столько кэш-памяти, сколько позволяет вместить микросхема процессора.

Новый процессор также следует современной тенденции, направленной на снижение потребляемой энергии.

Intel также выпускает новый процессор, предназначенный для ультрамобильных устройств, известный под именем Silverthorne.
Этот процессор основан на новейшей технологии Intel и содержит объекты размером всего 45 нанометров (миллиардных долей метра).

Процессор Tukwila основан на технологии 65 нанометров.

Оба процессора будут показаны на Международной конференции ISSCC (International Solid State Circuits Conference) в Сан-Франциско на этой неделе.

Ссылка на основную публикацию
Adblock detector