Закон Мура, основополагающая концепция в вычислительной технике, — это наблюдение, сделанное соучредителем Intel Гордоном Муром. Согласно этому закону, количество транзисторов в устройстве удваивается примерно каждые два года, что приводит к повышению производительности. На протяжении многих лет эта идея определяла развитие полупроводниковой отрасли.
В быстро меняющемся мире технологий не так много идей, оказавших такое же влияние, как закон Мура. Этот принцип, впервые сформулированный в 1965 году, предсказывал, что количество транзисторов на микрочипе будет удваиваться примерно каждые два года, что привело к быстрому росту вычислительной мощности. Однако было замечено, что количество транзисторов не просто следует закону Мура, но и значительно его превосходит.
С этой мыслью AIM подготовила эту статью, в которой рассказывается о том, сколько раз закон Мура подвергался сомнению.
Запуск графического процессора NVIDIA Blackwell
Генеральный директор NVIDIA Дженсен Хуанг представил графический процессор Blackwell нового поколения на конференции NVIDIA GTC 2024, попрощавшись с эпохой закона Мура.
Архитектура графического процессора содержит 208 миллиардов транзисторов и обрабатывает модели ИИ с триллионами параметров в 30 раз быстрее, чем предыдущие технологии. Это достижение поднимает вопрос о том, преодолела ли NVIDIA ограничения закона Мура, добившись экспоненциального увеличения скорости вычислений за более короткий срок, чем ожидалось.
Размышляя о стремительном развитии вычислительной мощности, Хуан подчеркнул, что за последние восемь лет вычислительная мощность NVIDIA выросла в тысячу раз, превзойдя традиционные показатели, установленные на пике закона Мура. Тем не менее, он посетовал, что, несмотря на этот выдающийся прогресс, постоянно растущие потребности отрасли остаются неудовлетворёнными.
Тем временем Intel по-прежнему твёрдо придерживается закона Мура, продолжая вкладывать значительные средства в масштабирование транзисторов. В отличие от этого, Хуанг объявил закон Мура «мёртвым» и сказал, что в будущем появится то, что он называет «гиперзаконом Мура».
Intel: закон Мура не умер.Nvidia: закон Мура умер.Кто прав? Проверьте рыночные капитализации.— Педру Домингуш (@pmddomingos)
Переход к стратегии ‘Больше, чем Мур’
В 2016 году Международная технологическая дорожная карта для полупроводников (ITRS) сместила акцент со строгого соблюдения закона Мура на стратегию «Больше, чем Мур». Это изменение было вызвано осознанием того, что для развития полупроводниковых технологий необходимо уделять приоритетное внимание инновациям для конкретных областей применения, а не просто уменьшать размеры транзисторов. Этот стратегический поворот свидетельствовал о признании ограничений, накладываемых традиционными подходами к масштабированию.
СамбаНова Трансформирует ландшафт аппаратного и программного обеспечения
Требования к искусственному интеллекту привели к тому, что классическое вычислительное оборудование и программное обеспечение достигли предела своих возможностей.
Именно к этому стремится стартап SambaNova Systems, разрабатывающий аппаратное обеспечение для программно-определяемого ИИ, с помощью своей реконфигурируемой архитектуры потоковой передачи данных (RDA), которая позволяет освободить ИИ от ограничений традиционного программного и аппаратного обеспечения.
Проблема заключается в объёме вычислительной мощности, необходимой для создания и обучения многих из разрабатываемых более продвинутых моделей. Модели становятся всё больше и больше, и для некоторых приложений объёмы данных, необходимых для их обучения, также увеличиваются. По словам вице-президента SambaNova по продуктам Маршалла Чоя, это вызвано замедлением роста производительности процессоров последующих поколений — тенденцию, которую некоторые называют концом закона Мура.
Заявление AMD о законе Мура
Технический директор AMD Марк Папермастер считает, что закон Мура будет действовать ещё от шести до восьми лет. Эта точка зрения резко контрастирует с мнением других лидеров отрасли, в том числе Хуана, который объявил закон Мура мёртвым.
Компания Papermaster признала, что, хотя удвоение плотности транзисторов каждые 18–24 месяца может прекратиться из-за тех же ограничений по стоимости, AMD ожидает прогресса в технологии производства транзисторов, который обеспечит повышение производительности в ближайшем будущем.
По словам технического директора, компания считает, что закон Мура будет действовать ещё шесть-восемь лет, хотя и признаёт, что удвоение плотности транзисторов каждые 18–24 месяца может прекратиться из-за тех же финансовых ограничений.
AMD переключает внимание на архитектуру чиплетов, которую Папермастер описывает как «эквивалент закона Мура».
Intel признает ограничения Закона Мура
Компания Intel открыто признала наличие проблем, связанных с физическими ограничениями, по мере того как транзисторы приближаются к атомным масштабам. Компания указала, что, хотя она продолжает внедрять инновации, традиционное удвоение количества транзисторов больше не является достижимой целью, что отражает более широкий сдвиг в отрасли от строгого соблюдения закона Мура.
Ранее компания столкнулась со значительными задержками в выпуске своих 10-нм и 7-нм чипов на рынок, что вызвало опасения по поводу её способности идти в ногу с законом Мура.
Компания признала, что, хотя когда-то она лидировала в области инноваций в сфере полупроводников, теперь она сталкивается с физическими ограничениями и растущими производственными затратами.
Несмотря на первоначальные обещания, компания столкнулась с многочисленными задержками, что вызвало опасения по поводу её способности идти в ногу с такими конкурентами, как Taiwan Semiconductor Manufacturing Company (TSMC) и Samsung. Эта стагнация отражает более широкую отраслевую тенденцию, заключающуюся в том, что ожидаемые достижения в области технологий производства микросхем не реализуются так быстро, как предполагалось, что ставит под сомнение жизнеспособность закона Мура в практическом плане.
Переход Lightmatter к фотонным вычислениям
Lightmatter разрабатывает технологии фотонных вычислений, которые направлены на устранение ограничений традиционных чипов на основе кремния. По мере роста спроса на вычислительные мощности искусственного интеллекта подход Lightmatter отражает переход от простого уменьшения количества транзисторов к совершенно новым вычислительным парадигмам. Этот переход подчеркивает проблемы, с которыми сталкиваются традиционные полупроводниковые технологии при удовлетворении современных вычислительных требований, указывая на то, что Закон Мура, возможно, больше не является жизнеспособной основой для будущих достижений в области вычислительной техники.
Появление альтернативных вычислительных моделей
Полупроводниковая промышленность исследует альтернативные парадигмы вычислений, такие как квантовые вычисления и фотоника. Эти подходы направлены на преодоление ограничений, связанных с миниатюризацией транзисторов, и представляют собой отход от традиционных методов, которые легли в основу закона Мура.
Одним из ярких примеров этих альтернативных парадигм являются квантовые вычисления.
Квантовые вычисления используют принципы квантовой механики, такие как суперпозиция и запутанность, для выполнения вычислений, превосходящих возможности классических компьютеров. Ключевым компонентом квантовых вычислений является квантовая точка, которая действует как кубит — фундаментальная единица квантовой информации. Исследования показали, что квантовые точки могут выполнять квантовые вычисления с высокой точностью, что делает их пригодными для интеграции в наноразмерные электронные схемы. Потенциал квантовых компьютеров заключается в их способности решать сложные задачи значительно быстрее, чем классические системы, хотя для их широкого внедрения необходимо решить ряд серьёзных технических проблем.
Церебрас оспаривает закон Мура
Компания Cerebras добивается значительных успехов в преодолении закона Мура благодаря инновационному подходу к проектированию микросхем и возможностям искусственного интеллекта.
Компания разработала процессор wafer-scale (WSE) — архитектуру чипа, которая объединяет огромное количество ядер — до 9 000 000 — на одной кремниевой пластине. Такая конструкция устраняет необходимость в нескольких чипах и внешних проводках, значительно сокращая задержки и увеличивая пропускную способность. Последняя версия, WSE-3, содержит 4 триллиона транзисторов и способна обрабатывать модели ИИ с 24 триллионами параметров, в десять раз превосходя традиционные графические процессоры, такие как H100 от Nvidia, в некоторых приложениях.
Cerebras утверждает, что его системы могут работать на порядок быстрее, чем решения на базе графических процессоров. Например, он достиг скорости более 1800 токенов в секунду для модели Meta LLaMA 3.1, что делает его лидером в задачах логического вывода ИИ.