Processorerne nærmer sig varmemuren i 2024

Transistorerne kan snart ikke gøres mindre, og selvom der er nye teknologier på vej, så bliver varmeudviklingen et problem.

Chipproducenterne har for alvor behov for at tænke i nye baner, når de skal planlægge de næste generationer af processorer, for det bliver meget snart umuligt at gøre transistorerne mindre med de nuværende teknologier. Det skriver Ars Technica, som har set nærmere på det seneste fælles roadmap fra chipproducenterne.

I 2021 vil det således blive for dyrt at gøre transistorerne mindre. Det vil stadig være muligt at øge tætheden, så der bliver plads til flere transistorer på et givet areal ved hjælp af anderledes design af gates og transistorer.

Men i 2024, hvor fremstillingsprocessen formentligt vil hedde 3 nanometer mod 14 nanometer i dag vil selv anderledes transistordesign få problemer, fordi chippene skal slippe af med spildvarme. Der er således en grænse for, hvor tæt transistorerne kan pakkes, før overfladearealet gør det umuligt at slippe af med tilstrækkelig varme.

Derfor kan det blive nødvendigt at udvikle kølestrukturer på nanoskala til at lede varmen fra transistorerne til chippens overflade på en effektiv måde. Det vil formentligt være en forudsætning for at kunne tage endnu et tiltag i brug, der kan øge tætheden, nemlig stabling af transistorerne i flere lag.

En væsentlig drivkraft bag opretholdelsen af Moores Lov har været udviklingen af nye fremstillingsteknologier, der har gjort det muligt at gøre transistorerne mindre, så der er blevet plads til flere på samme areal. De senere år er maskinerne til produktion under 65 nanometer-skalaen imidlertid blevet så dyre, at det i dag kun er fire producenter, der har fabrikker til fremstilling af de nyeste processorer.

Hverken IBM eller AMD ejer således deres egne chipfabrikker, men har solgt fra og køber nu produktionskapacitet hos GlobalFoundries.

Der er en lang række mulige teknologier under udvikling, der kan hjælpe med at opretholde den udvikling i processorernes regnekapacitet, som Moores Lov indirekte kan bruges som målestok for, men de er ikke klar til masseproduktion.

Tips og korrekturforslag til denne historie sendes til tip@version2.dk
Følg forløbet
Kommentarer (13)
sortSortér kommentarer
  • Ældste først
  • Nyeste først
  • Bedste først
Torben Mogensen Blogger

Man kan mindske strømforbruget med reversible logik, der ikke har nogen teoretisk mindregrænse for energiforbrug. Ægte reversible gates kræver radikalt redesign af processorer, men man kan komme et stykke af vejen med reversibel clocking og charge recovery af traditionelle gates: Man ramper spændingen op og ned gradvis, og lader gates i serie bruge indlejrede clock-signaler. Eksempel:

Hvis et pipeline stage består af gates A, B og C i serie, så sætter man først strøm på A, dernæst på B, og sidst på C, der gemmer sit output i en latch. Derefter fjerner man strøm fra C, dernæst B og til sidst A. Hvis spændingen ændres gradvist, kan man genvinde det meste af energien (og dermed undgå varmeudvikling).

De af jer, der har adgang til artikler hos Springer, kan se en artikel om det på
http://link.springer.com/chapter/10.1007%2F978-3-319-20860-2_11

Man kan ikke med denne metode undgå at tabe energi i latches mellem pipeline stages, så hver stage skal være lang for at mindske strømforbruget. Men for at komme helt ned i strømforbrug, skal man bygge sin processor af ren reversibel logik, med ægte reversible gates. Det kræver i yderste konsekvens et reversibelt instruktionssæt, som f.eks. Bob (http://link.springer.com/chapter/10.1007%2F978-3-642-29517-1_3).

  • 4
  • 1
Torben Mogensen Blogger

Asynkrone processorer kan ganske rigtigt bruge mindre strøm end synkrone, men det er ikke de enkelte gates, der bruger mindre strøm -- tværtimod bruger de mere. Det, asynkrone kredsløb kan spare strøm på, er at der ikke er et globalt clocksignal, der skal skubbes ud til hele chippen, hvilket kræver en del energi at gøre hurtigt. Man slipper ikke for den informationsteoretiske mindsteenergi, sådan som man gør med reversible gates. Det kan være interessant at kombinere de to metoder, men det er ikke trivielt.

  • 2
  • 0
Bent Jensen

Har nu selv, for langt tid siden omskreven den til generel ydelse fra et SYSTEM , eller prisen på et sådan.
Så det kan godt være at min CPU ikke er den nyeste, men det er mit grafikkort, derfor køre min spil og applikationer langt bedre end for et 1.5 år siden.

Sjovt at se, at hvor Moores Lov også gælder, som den logaritmisk aftagen pris på solceller, det er vel også mest sand. Der kan politikerne og vindmøllerne ikke følge med.
Når prisen falder 20% om året, så vil prisen være faldet 60% på 4 år, som er den længste horisont, som politikerne kan tænke. Derfor ser vi igen og igen de her dødmands stop i solcelle lovene med 3-4 års mellemrum, når prisen er halveret.

I forbindelse med solceller kontra vindmøller, skal man også tænke på at med levetid på vindmøller på 10-20 år, så kan man have sat nogle meget dyrt Vindmøller op. Hvor solcellerne kunne være særdeles meget billigere om 3-5 år. Samt om 5-10 år ud i fremtiden, så vil mange husstande kunne kobles helt af nettet når der findes billige lager muligheder. Holdbarheden af batterier er stadig en killer her.

Jeg tænker selv på, om den væske man evt. vil bruge til batterie, om den kan køres rundt, så der kan byttes energi med nogen af de små husstandsvindmøller om vinteren. De 2-3 måneder helt uden strøm fra et solcelleanlæg i Danmark, er stadig et problem. Men kan måske i stedet klares med billigt gas på flaske fra Tyskland til en brændselscelle, hvor spildvarmen bruges til opvarmning ?
Nå det er ikke særligt lang tid til.

  • 1
  • 3
Bent Jensen

Tror ikke vi rammer det fysiske loft for Moores Lov i 2024, men nok på et tidspunkt.
I hele min tid og før i branchen har der altid været eller eller andet, der ville stoppe udviklingen dødsikker, mindst 100 gange. Altid poppet op som en historie typisk i agurketiden.
Som varmen her, eller strømforbrug, mindste størrelse på wafer, bølgelængden på lys, clockfrekvensen, ....

Det er altid blevet løst.

  • 0
  • 1
Troels Henriksen

Det er altid blevet løst.

Ligesom man også løste problemet med den mur for sekventiel ydelse man mødte omkring 2006, og vi nu har 100GHz-CPU'er allesammen? Visse fysiske grænser er ret svære at omgå.

Hvis du i dag har en CPU fra 2011, så er det sandsynligvis ikke noget stort problem. Den virker som den skal, og du kan køre moderne programmer, muligvis undtaget visse spil. Hvis du i 2001 havde en CPU fra 1996, så var der ikke en chance for at du kunne køre noget som helst moderne.

Der sker stadigvæk ydelsesforbedringer, men de er væsentligt mindre end de plejede at være. Primært giver moderne processorer bedre ydelse per watt.

  • 3
  • 0
Simon Rigét

for datatransmission på en almindelig telefonlinje er 2400 bit pr. sekund.
Det var hvad jeg lærte på studiet. Og forklaringen lød jo umiddelbart meget rimelig.

I bagklogskabens klarhed, siger jo mere om grænser for teorier end om grænser for opfindsomhed.

  • 0
  • 0
Bent Jensen

Ligesom man også løste problemet med den mur for sekventiel ydelse man mødte omkring 2006, og vi nu har 100GHz-CPU'er allesammen? Visse fysiske grænser er ret svære at omgå.


Nu siger Moore i bund og grund kun noget om antal af transistor.

At vi alle har flyttet det til ydelser/pris er noget andet, og at det stadig holder hvis man bruger denne, er noget helt andet.
Clock begrænsningen blev løst med parallel processer og tråde. Vi kan tage grafikkort som et "extrem" eksempel.
Alt efter hvordan man regner, og ser på tingene, kan man her fra og til der ikke er mere sand. Bare fordoble antal af RAM/CPU'er != transistor hver 18 måneder, for at overholde Moores Lov.

Jeg bruger også loven i mange tilfælde, at det så ikke altid er de 18 måneder er noget andet.
- Som at mit top grafikkort til spil maximalt holder 2-3 år i en gamer PC
Så kan man tænke om man skal spare halvdelen, og købe klassen under også efter 2 år købe nyt. eller om man skal købe top model, også vente 6 år. Prisen er nogenlunde det samme, men man har 2-3 år med dårligere grafik ved løsning med topmodel. mens man aldrig får fuldt udbælsning med den lidt billigere model.
Som med Nividia 1060 vs 1070.
1080 er helt uden sammenligning alt for dyrt til gammer og privat brug. Der forsvinder 5000 i kloakken det første år. Også ifølge Moores Lov :-)

  • At prisen på nye dimser gerne skal koste det halve efter 18! måneder også fremdeles, så kan man vente så længe som ens pengepung ellerman er fedtet til
    -At fjernsyns opløsning og pris og følger loven efter vi er gået fra analog til digital, før det var det kun prisen, nu er det også opløsning osv.
  • Alt alt elektronik som dimser også følger denne.
  • Solceller omkring 15-20 % årligt

Hvis man f.eks. står og ser på et 70" fjernsyn, og synes det er for dyrt. Så skal man bare tænke, nu venter jeg 2 år, så koster det kun det halve.

  • 0
  • 0
Log ind eller Opret konto for at kommentere
Jobfinder Logo
Job fra Jobfinder

Call to action

Chipproducenterne har for alvor behov for at tænke i nye baner, når de skal planlægge de næste generationer af processorer, for det bliver meget snart umuligt at gøre transistorerne mindre med de nuværende teknologier. Det skriver Ars Technica, som har set nærmere på det seneste fælles roadmap fra chipproducenterne. I
2021 vil det således blive for dyrt at gøre transistorerne mindre. Det vil stadig være muligt at øge tætheden, så der bliver plads til flere transistorer på et givet areal ved hjælp af anderledes design af gates og transistorer. Men i 2024, hvor fremstillingsprocessen formentligt vil hedde 3 nanometer mod 14 nanometer i dag vil selv anderledes transistordesign få problemer...