Zmenšovanie čipov a zvyšovanie počtu ich tranzistorov pomaly speje ku koncu. Experti poukazujú na fakt, že vývoj v oblasti čipov sa uberie iným smerom, ktorý počíta skôr s energetickou účinnosťou a efektivitou.

Portál Electronic Design upozornil na festival South by Southwest v americkom Austine v Texase, počas ktorého sa viacero expertov vyjadrilo na tému minimalizácie čipov a ich budúcnosti. Viacerí zhodne naznačili, že nové generácie čipov sa budú zameriavať skôr na energetickú efektivitu, ako na zvyšovanie počtu tranzistorov.

Prestáva Moorov zákon platiť?

Príkladom je výkonný riaditeľ Intel, Brian Krzanich. Ten uviedol, že spoločnosť rýchlo prechádza na trhy s automobilmi či senzormi, nakoľko bola nútená spomaliť pri zvyšovaní počtu tranzistorov vo výrobnom procese čipov. Inžinierom z Intelu sa tak aktuálne darí zdvojnásobovať počet tranzistorov približne každých dva a pol roka.

Postupne sa tento čas predlžuje a Intel nachádza čoraz viac problémov. Natíska sa tak otázka, či Moorov zákon ešte stále platí. Ten totižto uvádza empirické pravidlo, podľa ktorého sa počet integrovaných tranzistorov v čipoch zdvojnásobuje každé 2 roky. Aktuálne nové výrobné procesy umožňujú vyrábať tranzistory v čipoch, ktoré sú menšie ako vírusy.

Takéto malé rozmery ale ústia do problémov, ako sú elektrické úniky, ktoré bránia inžinierom produkovať rýchlejšie a energeticky účinnejšie čipy. Navyše zmenšovanie výrobného procesu čipov už pomaly prestáva byť finančne výhodné, nakoľko výrobcovia musia vkladať nemalé finančné prostriedky do vylepšovania nástrojov a výrobných liniek.

Zmenšovanie tranzistorov bude nahradené inými inováciami

Experti preto uvádzajú, že priemysel sa nesmie pozastavovať nad myšlienkou, podľa ktorej končí pravidlo zaužívané niekoľko dekád. Skôr by sa mal zamerať na nové dizajny, ktoré umožnia znižovať energetickú spotrebu a nie veľkosť tranzistorov. Rovnaký názor zdieľa aj profesorka Tsu-Jae King Liu, ktorá v roku 1998 spolu so svojimi kolegami prispela k vývoju FinFET tranzistorov.

Podľa nej bude aktuálne škálovanie a zmenšovanie tranzistorov v budúcnosti nahradené novými inováciami: „Inovácia bude v budúcnosti hnacou silou technologického pokroku,“ uviedla a dodala, že vedci zodpovední za vývoj čipov sa aktuálne sústreďujú na ich značné zlepšenie v oblasti energetickej účinnosti a dosiahnutí výkonu iným spôsobom.

Vyššia energetická účinnosť čipov v ideálnom prípade umožní, aby boli párované so zariadeniami, ako sú mikrofóny pre automatické rozpoznávanie reči či kamery pre klasifikáciu obrázkov a videa, pričom by zanikla potreba odosielania údajov pre spracovanie do cloudu. Iné modifikácie by naopak umožňovali napájanie čipov pomocou okolitého sveta či bezdrôtovými signálmi, vďaka čomu zariadenia s týmito čipmi vydržia bez výmeny batérie aj niekoľko rokov.

Mnoho výrobcov sa obracia na čipy osobitne vhodné na zvládanie zložitých úloh, ako je strojové učenie a rozpoznávanie obrázkov, ktoré dané úlohy zvláda lepšie ako čipy v tradičných počítačoch. Príkladom je opäť Intel, ktorý investoval 15,3 miliárd dolárov do hardvéru a softvéru Mobileye, do firmy zameranej na spracovanie snímok pre autonómne automobily.

Táto dohoda tiež ukazuje, že výroba tradičných čipov pre takéto použitie by bola pravdepodobne nákladná a časovo náročná. Podobne znejú aj slová Grega Yerica, člena spoločnosti ARM: „Ekonomika zmenšujúcich sa čipov vyvoláva otázku, kto si ich môže skutočne dovoliť vyrábať a kupovať.“

Mnoho vedcov preto čerpá inšpiráciu z neurovedy a vyrába umelé neuróny, ktoré umožňujú kremíkovým čipom pracovať podobne ako ľudský mozog.

Čo vystrieda tradičné čipy?

Výskumníci IBM už odhalili takzvané náhodne sa prepínajúce tranzistory, píše Phys, ktoré ukladajú a spracovávajú údaje pomocou materiálov s fázovou zmenou, aby pôsobili ako skutočné neuróny. Tieto čipy dokážu potenciálne detegovať vzory v dátach len za pomoci zlomku výkonu, ktorý dnes ponúkajú tradičné čipy.

IBM už vyvinulo aj typ neuromorfného čipu s názvom True North, ktorý má byť využitý v superpočítačoch americkej Národnej správy jadrovej bezpečnosti. Čip je významný preto, že dokáže klasifikovať až 2600 obrazových snímok za sekundu, a to približne desaťkrát rýchlejšie ako existujúce tradičné čipy, pričom čerpá len 25 miliwattov energie.

Existujú tiež možnosti, ktoré by recyklovali myšlienku takzvaných mikroelektromechanických systémov. Ide o mikroskopické spínače, tiež známe ako MEMS, ktoré je možné vyrábať vo fabrikách na výrobu čipov, pričom sú široko využívané v zariadeniach ako sú akcelerometre a podobné senzory. Profesorka Liu v tomto smere uvádza, že tieto mechanické štruktúry by mohli byť použité pre takzvané milivoltové počítače, ktoré by spotrebovali asi miliónkrát menej energie ako „jedno-voltový“ čip.

Yeric uvádza ďalšie možnosti, medzi ktoré patria takzvané „franken-čipy“. Tie kombinujú rôzne typy počítačov alebo „nepresných počítačov“, ktoré šetria energiu tým, že nevykonávajú úplne presné výpočty. Poskytujú skôr výsledky výpočtov, ktoré sú z hľadiska presnosti dostatočné na úlohy, ako je napríklad spracovanie obrazu.

V Moorovom zákone môžeme pokračovať, no v prípade tradičných čipov už nedáva zmysel

Ktorá z týchto vyššie uvedených navrhovaných technológií čipov bude ta pravá, sa nateraz nedá povedať. Tim Conte, elektrotechnik z Georgia Institute of Technology, na túto otázku odpovedal nasledovne:

„Myslím si, že je to otázka „bolesti voči zisku“ [pain vs. gain]. Najmenej bolestivé bude nájsť spôsob, ako nahradiť CMOS čipy, a život bude opäť úžasný. Väčšina prístupov si však bude vyžadovať, aby sme opustili miliardy dolárov, ktoré sme už investovali do softvéru, čo je rozhodne zničujúce.“

Zároveň dodáva, že z hľadiska softvéru nebude prechod na nové čipy jednoduchý a nebude ho možné vykonať jednoduchým portom. Tento problém tak „zásadne zmení spôsob programovania rôznych systémov.“ Každopádne pokračovať v Moorovom zákone by bolo možné, no zdá sa, že v prípade tradičných čipov to už prestáva dávať zmysel.