اینتل چطور در سال‌های پیش رو با قانون مور همگام‌ باقی می‌ماند؟

ديجياتو

بروزرسانی 1399/06/07 - 10:15

اینتل چطور در سال‌های پیش رو با قانون مور همگام‌ باقی می‌ماند؟

ديجياتو/ قانون مور -قانوني که براساس آن با گذشت هر ۲۴ ماه شاهد افزايش دو برابري تعداد ترانزيستورها در يک چيپ کامپيوتري خواهيم بود- به خاطر کاهش پيشرفت در اين حوزه و دشواري کوچک‌تر کردن مدارها ديگر مثل قبل مصداق ندارد. اما اينتل، کمپاني غول حوزه چيپ‌سازي قصد دارد با يک برنامه‌ريزي جديد، اين ايده را زنده نگه داشته و ۵۰ برابر ترانزيستور بيشتر نسبت به آنچه اکنون در پردازنده‌ها يافت مي‌شود را روي چيپ‌هايش جاي دهد.

روند پيشرفت قانون مور -که به ياد گوردون مور، هم‌موسس شرکت اينتل نام‌گذاري شده- ما را از مين‌فريم‌هاي گران‌قيمت در دهه ۱۹۶۰ به کامپيوترهاي شخصي در دهه ۱۹۸۰ رساند و حالا هم شاهد اسمارت‌فون‌ها، ساعت‌هاي هوشمند، اتومبيل‌ها، تلويزيون، ماشين‌هاي لباسشويي و تقريبا هرچيز ديگري که از انرژي الکتريکي تغذيه مي‌کند هستيم.

قانون مور راجع به کوچک‌تر شدن ترانزيستورها است، عناصر پردازش ديتايي که روي يک چيپ سوار مي‌شوند. حالا اينتل قصد دارد که به کوچک‌تر کردن اين ترانزيستورها ادامه دهد و در اين راه، با قرار دادن چيپ‌ها درون پکيج‌هاي چندلايه، تراکم را بالاتر مي‌برد.

راجا کودوري، معمار ارشد اينتل اخيرا در کنفرانس Hot Chips که به آخرين دستاوردهاي پردازنده‌ها ارتباط دارد گفت: «ما قويا باور داريم که در آينده شاهد تراکم ترانزيستور بسيار بيشتر خواهيم بود. اين چشم‌انداز، به مرور زمان عملي مي‌شود -شايد يک دهه يا بيشتر زمان ببرد- اما در نهايت عملي خواهد شد».

بازتاب خوش‌بيني کودوري را مي‌توان در هيجان‌زدگي ديگر کمپاني‌هاي حاضر در کنفرانس Hot Chips نيز ديد. اي‌ام‌دي، انويديا، گوگل، مايکروسافت، آي‌بي‌ام و انبوهي از استارتاپ‌هاي مختلف، از راه‌هايي تازه براي بهبود چيپ‌هاي مصرف عمومي و همينطور چيپ‌هايي که به وظايف خاص مانند هوش مصنوعي، گرافيک و شبکه‌سازي اختصاص يافته‌اند رونمايي کرده‌اند.

اينتل چطور به پيشرفت چيپ‌ها کمک مي‌کند؟

کودوري در سخنان خود از چندين گام براي جاي دادن ترانزيستورهاي بيشتر نسبت به آنچه در چيپ‌هاي ۱۰ نانومتري -مانند پردازنده Tiger Lake که پاييز امسال از لپتاپ‌ها سر در مي‌آورند- امکان‌پذير است پرده برداشته. نخست سنتي‌ترين رويکرد را داريم، يعني کاهش دادن ابعاد ترانزيستورها و قرار دادن آن‌ها با تراکمي بيشتر در کنار يکديگر. آن‌طور که کودوري پيش‌بيني مي‌کند، اين کار منجر به افزايش سه‌ برابري تراکم ترانزيستورها خواهد شد.

بعد نوبت به طراحي جديد ترانزيستورها مي‌رسد که گذار فعلي از عناصر تخت در مدار به سمت ساختار‌هاي سه‌بعدي را ادامه مي‌دهد. با اين گام‌ها که نانوواير و نانووير انباشه ناميده مي‌شوند، تراکم چهار برابر خواهد شد.

در نهايت نوبت به ابتکارات تازه در بسته‌بندي مي‌‌رسد و چيپ‌ها روي لايه‌اي از المان‌هاي پردازنده سوار مي‌شوند. با اين اتفاق، تراکم ترانزيستور بار ديگر چهار برابر مي‌شود. به اين ترتيب و با تمام اين ترفندها، تراکم به ۵۰ برابر تراکم کنوني مي‌رسد.

دشواري‌ها

خوش‌بيني اينتل با دشوار‌ي‌هايي که اين شرکت در همگان ماندن با قانون مور با آن‌ها مواجه شده در تضاد است.

اينتل که زماني نه‌چندان دور رهبر بلامنازع توليد چيپ‌ در جهان به حساب مي‌آمد، در سال‌هاي اخير چالش‌هاي عظيمي را پشت سر گذاشته است. گذار از توليد پردازنده‌هاي ۱۴ نانومتري به پردازنده‌هاي ۱۰ نانومتري، به جاي دو سال، براي اين شرکت حدودا ۵ سال طول کشيد. هر نانومتر، يک ميلياردم متر است و با عناصر ۱۴ نانومتري در مدار، اينتل مي‌تواند حدود ۷۰۰۰ ترانزيستور را در فضايي معادل عرض موي انسان جاي دهد.

بعد از اين چالش در گذار به فرايند ۱۰ نانومتري، اينتل اکنون گذار از ۱۰ نانومتر به ۷ نانومتر را براي شش ماه به تعويق انداخته و تمام اين مشکلات سبب شد اپل به استفاده از چيپ‌هاي اينتل در کامپيوترهاي مک خاتمه داده و به سراغ پردازنده‌هاي آرم برود. براي کمک به حل اين مشکل، اينتل پروسه طراحي انعطاف‌پذيرتري در پيش گرفته که به آن اجازه مي‌دهد بر ديگر چيپ‌سازان رقيب، مانند شرکت Taiwan Semiconductor Manufacturing Corp (يا به اختصار TSMC) متکي باشد.

قانون مور، اما به چه بهايي؟

شرکت تايواني TSMC که حدودا دو سال پيش به فرايند توليد ۷ نانومتري دست يافت و چيپ‌هاي آيفون اپل را مي‌سازد، طي سال گذشته ميلادي اعلام کرد که «قانون مور سالم و سر حال است». اما برخلاف آنچه در گذشته مشاهده کرده‌ايم، همگام ماندن با قانون مور حالا هزينه‌هايي تازه روي دست شرکت‌هايي مي‌گذارد که مي‌خواهند پيشرفته‌ترين پروسه‌هاي توليد را به کار بگيرند.

ايکس باکس وان مايکروسافت در سال ۲۰۱۳، ايکس باکس وان ايکس در سال ۲۰۱۷ و ايکس باکس سري ايکس که پاييز امسال از راه مي‌رسد، همگي چيپي با اندازه حدودا يکسان دارد. چنين اتفاقي در گذشته بدان معنا بود که تمام اين چيپ‌ها قيمتي حدودا يکسان خواهند داشت. اما جف اندروز، طراح ارشد مايکروسافت مي‌گويد که اکنون «تهيه جديدترين [چيپ‌ها] به شکل قابل توجهي گران‌قيمت‌تر شده».

يک چالش ديگر، گذشته از قيمت، اينست که چيپ‌هاي جديد معمولا تنها عمليات کامپيوتري مشخصي را بهبود مي‌بخشند. اين اتفاق براي وظايفي مانند هوش مصنوعي يا گرافيک کارآمد تلقي مي‌شود، اما در عين حال زندگي را براي برنامه‌نويسان نرم‌افزار که بايد با پردازنده‌هايي که هرکدام عملکرد متفاوتي دارند همگام بمانند، دشوارتر مي‌کند.

اينتل قصد دارد از طريق يک لايه نرم‌افزاري جديد به نام oneAPI، پلي ميان اين چيپ‌ها که از يکديگر جدا افتاده‌اند بزند. اين حرکتي قابل توجه است: اينتل ذاتا در زمينه سخت‌افزار تخصص دارد، اما اکنون مي‌خواهد حوزه نرم‌افزار را نيز در آغوش بگيرد تا گامي اساسي در کارآمدسازي هرچه بيشتر چيپ‌هايش بردارد.

کودوري عقيده دارد که «به مرور، تيم‌هاي معماري سخت‌افزاري بايد از متخصصين نرم‌افزار نيز تشکيل شده باشند».

ايده‌هاي جديد

در کنفرانس Hot Chips، توليدکنندگان پردازنده از جزييات مجموعه‌اي از ابداعات تازه پرده برداشتند که در ادامه برخي از آن‌ها را با يکديگر مرور مي‌کنيم.

۱. پردازنده Tiger Lake اينتل از يک ورژن جديد از تکنولوژي کاهش مصرف انرژي به نام DVFS (يا اسکيلينگ دايناميک فرکانس و ولتاژ) استفاده مي‌کند. بخش‌هاي مختلف چيپ مي‌توانند بسته به نيازهاي پردازشي، سريع‌تر کار کنند يا کندتر تا مصرف انرژي کاهش يابد. اينتل اکنون اولويت‌ها را ميان هسته‌هاي پردازشي، سيستم مموري و چارچوب ارتباطي که تمام اين‌ها را به يکديگر متصل کرده پخش مي‌کند.

۲. چيپ‌هاي سري Ryzen 4000 شرکت اي‌ام‌دي -که با نام رمز Renoir شناخته شده و راهشان را به کامپيوترهاي شخصي باز مي‌کنند- حالا نخستين چيپ‌هاي هشت هسته‌اي براي لپتاپ‌هاي فوق باريک به حساب مي‌آيند. اي‌ام‌دي در ابتدا به دنبال يک طراحي شش هسته‌اي بود اما بعد به يک طراحي بهتر دست يافت که از هشت هسته براي پرفورمنس بهتر در وظايفي مانند اديت تصوير و ويديو بهره مي‌برد. اين شرکت مي‌گويد پردازنده‌هاي جديدش، در سطح مشخصي از پرفورمنس، نصف پردازنده‌هاي قبلي انرژي مصرف مي‌کنند.

۳. پردازنده‌هاي Power10 شرکت آي‌بي‌ام که ۱۸ ميليارد ترانزيستور داشته و در قالب سرورهاي Unix طي سال آتي ميلادي از راه مي‌رسند، مي‌توانند با يکديگر ادغام شده و يک سرور قدرتمند با سقف ۲۴۰ هسته پردازشي را تشکيل دهند. علاوه بر اين، يک «پاد» متشکل از سرورهاي متصل مي‌توانند ۲ پتابايت حافظه را با يکديگر به اشتراک بگذارند. اين قابليت براي چالش‌هاي پردازشي عظيم سازماني مانند ماينينگ ديتا و مديريت ديتابيس کارآمد تلقي مي‌شود.

۴. استارتاپي به نام Lightmatter از چيپ Mars براي شتابدهي به کارهاي هوش مصنوعي نظير تشخيص تصوير رونمايي کرده است. اين چيپ، يک ميليارد ترانزيستور را کنار ده‌ها هزار قطعه‌اي قرار مي‌دهد که به جاي الکتريسيته، از نور براي انتقال اطلاعات و انجام محاسبات استفاده مي‌کنند. ايده پشت اين تکنولوژي فوتونيک، از بين بردن نياز به مصرف برق بوده است.