Программирование и комп-ры

Закон Мура в действии


                            Закон Мура в действии

     Вычислительная мощность компьютеров растет с поразительно высокой и
  удивительно постоянной скоростью. Новые технологии обеспечат устойчивость
                         этой тенденции и в будущем.

  В 1965 г соучредитель фирмы Intel Гордон  Мур  предсказал,  что  плотность
транзисторов в интегральных схемах будет удваиваться каждый год Позднее  его
прогноз, названный  законом  Мура,  был  скорректирован  на  18  месяцев.  В
течение трех последних десятилетий закон  Мура  выполнялся  с  замечательной
точностью.  Не  только  плотность  транзисторов,  но  и   производительность
микропроцессоров удваивается каждые полтора года

  Энди Гроув, бывший главный управляющий  и  председатель  правления  Intel,
предсказал на осенней конференции Comdex'96, что к 2011 г компания  выпустит
микропроцессор  с  1  млрд.  транзисторов  и  тактовой  частотой   10   ГГц,
изготовленный  по  0,07-мкм   полупроводниковой   технологии   и   способный
выполнять 100 млрд. операций в секунду

  Основатель и главный редактор журнала Microprocessor Report Майкл  Слейтер
полагает, что в будущем  при  внесении  серьезных  изменений  в  конструкцию
процессора или смене технологии на  более  совершенную  для  удвоения  числа
транзисторов  потребуется  более  18  месяцев.   Это   будет   вызвано   как
усложнением  логики   микросхем,   что   приведет   к   увеличению   времени
проектирования и  отладки,  так  и  необходимостью  преодолевать  все  более
серьезные технологические барьеры при изготовлении ИС.


  1.  СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОИЗВОДСТВА

  При каждом переходе к технологии нового поколения,  например  от  0,25-  к
0,18-мкм, необходимо  совершенствовать  многие  операции,  используемые  при
изготовлении микросхем. Особую важность имеет  фотолитографический  процесс,
в  котором  свет  с  малой  длиной  волны  фокусируется  с  помощью   набора
прецизионных линз и  проходит  через  фотошаблоны,  соответствующие  рисунку
схемы. Происходит экспонирование  фоторезиста,  нанесенного  на  поверхность
пластины после проявки, травления и химического удаления маски  на  пластине
формируются микроскопические детали схемы

  По словам Марка Бора, директора  Intel  по  производственным  технологиям,
соответственно должны совершенствоваться источники света и  оптика  В  конце
1999 г фирма Intel выпустит процессоры Pentium III по 0,18-мкм технологии  с
использованием 248-нм источника света в глубокой УФ - области  спектра,  как
при производстве современных 0,25-мкм кристаллов Pentium II и  Pentium  III.
Но через три-четыре года при переходе  к  0,13-мкм  процессу  предполагается
использовать излучение с длиной волны 193 нм от эксимерного лазера

  По мнению Бора, вслед за 0,13-мкм может последовать  0,09-мкм  процесс,  в
котором  будут  использованы  эксимерные  лазеры  с  длиной  волны  157   нм
Следующий шаг после порога 0,09 мкм будет связан с  преодолением  серьезного
технологического и производственного барьера освоением  0,07-мкм  технологии
для  обещанного  Гроувом  процессора   2011   г.    На   этом   уровне   для
фотолитографического процесса, по всей  вероятности,  потребуется  излучение
от источников, работающих в чрезвычайно  дальней  области  УФ-спектра  Длина
волны составит всего 13 нм, что в перспективе может обеспечить  формирование
значительно более миниатюрных транзисторов, трудность же заключается в  том,
что  в  настоящее  время  нет  материалов  для   изготовления   фотошаблона,
пропускающего  свет  с  такой  малой  длиной  волны  Для  решения   проблемы
потребуются совершенно новые процессы  отражательной  литографии  и  оптика,
пригодная для работы в дальней области УФ - диапазона

  По мере увеличения числа транзисторов, соединительные проводники между
  транзисторами становятся тоньше и располагаются ближе  друг  к  другу,  их
сопротивление и взаимная емкость растут, из-за чего  увеличиваются  задержки
при распространении  сигналов  Чтобы  уменьшить  сопротивление  и  сократить
ширину соединительных проводников в узких местах, для напыления  проводников
вместо алюминия станет применяться медь, что уже  происходит  с  кристаллами
PowerPC G3 фирмы IBM. Главный технолог компании AMD Атик Раза  обещает,  что
AMD  начнет  применять  медь  в  новых  микросхемах  уже  в  1999   г.   Бор
прогнозирует,  что  медные  соединения  будут   использоваться   в   будущих
процессорах  Intel,  выполненных  с  технологическими  нормами  0,13  мкм  и
меньше.


  2.  ФИЗИЧЕСКИЕ ПРЕДЕЛЫ

  В будущем чрезвычайно обострятся проблемы теплоотвода и  подачи  мощности.
Размеры транзисторов продолжают уменьшаться,  и  ради  достижения  требуемой
скорости переключения транзисторов толщина изолирующих  окислов  в  затворах
будет  доведена  до  нескольких  молекул,  и  для  предохранения   структуры
кристалла от пробоев придется использовать низкие  напряжения  Представители
Intel  полагают,  что  через  десять  лет  микросхемы   будут   работать   с
напряжением  около  1  В  и  потреб-1Я1ь  мощность  от  40  до  50  Вт,  что
соответствует силе тока 50 А и  более  Проблемы  равномерного  распределения
столь сильного тока внутри  кристалла  и  рассеивания  огромного  количества
тепла потребуют серьезных исследований

  Будет ли достигнут  физический  предел  современных  методов  изготовления
кремниевых приборов к 2017 г (как  предсказывают  многие  специалисты),  что
означает   невозможность    формировать    пригодные    для    практического
использования транзисторы меньших размеров. Трудно заглядывать столь  далеко
вперед, но исследования,  проводимые  в  таких  областях,  как  молекулярная
нанотехнология, оптические или фотонные  вычисления,  квантовые  компьютеры,
вычисления на базе  ДНК,  хаотические  вычисления,  и  в  прочих,  доступных
сегодня  лишь  узкому  кругу  посвященных,  сферах  науки,  могут   принести
результаты,  которые  полностью   изменят   принцип   работы   ПК,   способы
проектирования и производства микропроцессоров.

  В  предстоящие  годы  значительные  изменения  произойдут  не   только   в
полупроводниковых технологиях, но и в архитектуре  микропроцессоров,  в  том
числе  их  логической  структуре,  наборах  команд  и   регистров,   внешних
интерфейсах, емкости встроенной памяти. По мнению  декана  Инженерной  школы
Станфордского университета и соучредителя  компании  MIPS  Computer  Systems
Джона  Хеннесси,  завершается  процесс  повышения  параллелизма   выполнения
команд, особенно в устройствах с набором  команд  х86,  хотя  в  предстоящие
годы и ожидается появление более сложных  32-разрядных  процессоров  х86  от
AMD, Cyrix, Intel и других компаний.

  По словам Фреда Поллака, директора лаборатории Microcomputer Research  Lab
фирмы Intel, существует  множество  творческих  подходов,  которые  позволят
совершенствовать микроархитектуру 32-разрядных  процессоров  х86  еще  много
лет. Однако Поллак также отмечает,  что  для  достижения  существенно  более
высоких уровней производительности необходимы принципиально новые методы.

  Для перехода к новому поколению приборов компании Intel и HP предложили  в
октябре 1997 г. концепцию EPIC (Explicitly Parallel Instruction Computing  —
Вычисления на базе набора команд с явно выраженным  параллелизмом),  которая
предполагает   радикальный   отход   от   х86.   Предложенная   64-разрядная
архитектура IA-64 представляет  собой  первый  популярный  набор  команд,  в
котором воплощены принципы EPIC, а готовящийся к выпуску процессор Merced  —
первая массовая реализация IA-64. Поллак говорит,  что  первоначально  IA-64
будет  предназначаться  для  рабочих   станций   и   серверов,   а   будущие
высокоуровневые  32-разрядные  ЦП  х86  —   для   профессионалов   и   самых
требовательных домашних пользователей. Раза (фирма AMD) и  Поллак  полагают,
что  через  десять  лет  64-разрядные  процессоры  станут   доступными   для
массового  пользователя,  но  не  решаются  прогнозировать   появление   64-
разрядных процессоров во всех наших настольных машинах уже через пять лет.

  По словам Раза,  чрезвычайно  важно  разместить  быстродействующую  память
максимально большой  емкости  как  можно  ближе  к  процессору  и  сократить
задержки  доступа  к  устройствам  ввода-вывода.  Раза  утверждает,  что  ЦП
будущего   должны   оснащаться   значительно   более   быстрыми   шинами   с
непосредственным доступом  к  основной  памяти,  графической  подсистеме  и,
особенно, устройствами буферизованного доступа с узкой полосой  пропускания.
Мы также станем свидетелями тенденции к объединению всех основных  узлов  ПК
на одном кристалле.

  Многопроцессорные  кристаллы  (Chip  Multiprocessors   —   СМР)   содержат
несколько  процессорных  ядер  в  одной  микросхеме,  и  ожидается,  что   в
следующем десятилетии они получат широкое распространение. Чтобы можно  было
полностью  использовать  преимущества  этих  архитектур,  должно   появиться
множество  многопотоковых  и   многозадачных   прикладных   программ.   Если
предположить, что предел развития кремниевой технологии действительно  будет
достигнут к 2017 г., то в дальней перспективе многопроцессорные  конструкции
могут  отсрочить   необходимость   перехода   на   компьютеры   экзотической
архитектуры.  Но,  по  мнению  Хеннесси,  для  внедрения   СМР   и   сложных
многопотоковых программ на массовом рынке  потребуется  значительное  время.
Он считает, что первой целью для СМР станет  рынок  встроенных  процессоров.
Слейтер полагает, что мы увидим СМР в  рабочих  станциях  и  серверах,  хотя
могут возникнуть проблемы с  полосой  пропускания  канала  связи  нескольких
вычислительных ядер с памятью.

  Можно смело прогнозировать, что еще в течение многих лет будут  появляться
новшества в технологии изготовления кремниевых приборов и архитектуре ЦП.  К
2011 г.  —  если  не  раньше  —  на  кристалле  будет  размещаться  1  млрд.
транзисторов, а мощность  вычислительных  устройств  значительно  превзойдет
любые прогнозы.


  3.  Технологии в массы.

  Пользователи ПК привыкли к тому, что год от года  вычислительная  мощность
микропроцессоров растет,  но  сейчас  они  сталкиваются  с  новым  явлением:
обилием вариантов выбора. После многих лет  следования  строго  в  фарватере
фирмы  Intel  кампании,  изготовляющие  микропроцессоры  для  ПК,   выпустят
изделия с небывало разнообразными наборами команд,  шинными  интерфейсами  и
архитектурой кэша. Да и сама фирма Intel теперь представляет свои  новые  (и
не совсем) разработки  для  каждого  из  сегментов  рынка,  с  почти  полным
соответствием маркетинга автомобильных компаний. Однако в своей гонки  Intel
намеренно забывает о том, что  процессоры,  как  инструмент  для  выполнения
определенных задач, не столь целостны как автомобиль

  Головокружительные темпы развития  микропроцессоров,  а  также  двуликость
рынка  компьютерных  технологий  (hard  &  soft),   создало   парадоксальную
ситуацию, когда к смене технологий физического  производства  микрочипов  не
готовы не только большинство  конечных  пользователей,  но  и  производители
программного обеспечения. Современные ЦП обладают  вычислительной  мощностью
вполне достаточной для выполнения любых персональных задач, кроме 3D  игр  и
узко  специализированных  приложений.    Для   рядовых   пользователей   это
обернулось  необходимостью  постоянной  смены  компьютерных   комплектующих,
вызванной не их физическим устареванием или неспособностью выполнять  задачи
пользователя, а лишь как следствием закона Мура.



  Перспективные планы выпуска процессоров

Изготовитель ЦП |1999г. |2000г. |2001г. |2002г. |2003г. |2011г. |  |AMD  |K7
|K7+ | | | | | |CYRIX |Jalapeno, MXi+ |Jalapeno+ | | | | | |IDT |C7 |C7 |  |
| | | |INTEL  |PIII  667  (0,18-мкм)  |Willamette  (>1ГГц),  Merced  (IA-64)
|McKinlee (Merced II >1ГГц) |Madison (Merced III) |  0,13-мкм  медь  |10ГГц,
100 млрд. операций в сек. | |





смотреть на рефераты похожие на "Закон Мура в действии"