تطبيقات الهاتف المحمول وألعاب الفيديو وجداول البيانات والتنبؤات الدقيقة بالطقس، هذه مجرد عينة من الأشياء التي غيرت من حياتنا. وأصبحت ممكنة بفضل النمو الهائل والموثق لرقائق الكمبيوتر على مدى العقود الخمسة الماضية.
لكن أصبح الحال اليوم عند حدوده، حيث يلقى التدرج المستمر لمزيد من الترانزستورات السليكونية على الرقائق في مساحات نانومترية أقل، و المعروف باسم قانون مور. (المادة الأولية للابتكار الحماسي في مجال الحوسبة). تباطىاً شديداً ولعله ينسف أنفاسها الأخيرة.
فماهو قانون مور وما علاقته بسرعة المعالج، ولماذا يلفظ أنفاسه الأخيرة هذا ما سنتعرف عليه في مقال اليوم.
نظرة عامة حول قانون مور
مقارنةً بما كانت عليه قبل 50 عامًا، أصبحت معالجات الكمبيوتر اليوم ذات سرعة كبيرة، وتتضاعف كل عامين تقريبًا. يُعرف هذا التأثير المضاعف باسم "قانون مور" نسبتاً الى مخترعه جوردون مور، المؤسس المشارك لشركة إنتل، الذي توقع معدل التقدم هذا في عام 1965.
بالنسبة لصناعة الكمبيوتر أصبح هذا التنبأ قاعدة ذهبية. وشكلت مصدر إلهام للشركات المصنعة للرقائق الالكترونية لتحقيق توقعات هذا القانون. تم ذلك من خلال ابتكارهم طرقًا أكثر إثارة للإعجاب لتقليص المكونات الضرورية لتناسب مناطق أصغر من السليكون، وبالتالي تسريع معدل تفاعل هذه المكونات في العملية.
استنبط مور قانونه عندما لاحظ في عام 1965 أن عدد الترانزستورات تتقلص بسرعة كبيرة بحيث يمكن أن يتناسب كل عام ضعف ما يمكن أن يتناسب مع الشريحة السابقة. وفي عام 1975 قام بتعديل السرعة بمضاعفتها كل عامين.
"علينا أن نسأل، هل ستكون هذه مشكلة في مجالات مثل الأجهزة المحمولة ومراكز البيانات والسيارات ذاتية القيادة ؟" يقول توماس وينيش، الأستاذ المساعد في جامعة ميشيغان. " أعتقد نعم، ولكن على نطاقات زمنية مختلفة."
|
|
نسبة تزايد سرعة المعالجات |
أبقت صناعة الرقائق تنبؤات مور على قيد الحياة، وقد أوجدت شركات الحوسبة الكثير للقيام به مع العرض المستمر للترانزستورات الإضافية. لكن إنتل دفعت تقنيتها للترانزستور الى المستوى التالي، بميزات أصغر تصل إلى 10 نانومتر، من عام 2016 إلى أواخر عام 2017.
كما قررت الشركة زيادة الوقت بين الأجيال القادمة. وهذا بإلغاء خارطة طريق تكنولوجية لقانون مور ليشمل في ذلك أكبر صانعي الرقائق في العالم. و قد تنبأت شركة Intel أن الترانزستورات السليكونية يمكن أن تستمر في الانكماش لمدة خمس سنوات أخرى.
من المحتمل أن تشعر أن أجهزة المحمولة في جيوبنا تتأثر بتأثيرات مختلفة في وقت لاحق عن الأنواع الأخرى من أجهزة الحوسبة، كما يعتقد وينش. إن المعالجات المحمولة لا تستفيد بشكل كامل من بعض تقنيات التصميم الراسخة في المعالجات الأكثر قوة للآلات غير المتجولة.
عمومًا الأجهزة المحمولة متأخرة قليلاً في تكنولوجيا الترانزستور.
يقول وينيش: "من المحتمل أن يكون لديك جيل أو اثنين من مدارج الهواتف المحمولة
إن العديد من الأشياء المفيدة التي يمكن أن تقوم بها الأجهزة المحمولة
تعتمد على قوة مراكز البيانات التي تبلغ قيمتها مليار دولار. لذلك ستكون
نهاية قانون مور صداعًا فوريًا. فشركات مثل Google و Microsoft تنتظر بفارغ الصبر كل جيل جديد من الرقائق الأكثر تقدمًا، والمكتظة بكثافة
أكبر من الترانزستورات.
يقول وينيش إن شركات مثلIntel ، التي تهيمن على سوق شرائح الخوادم. سيتعين على أكبر عملائها أن يكونوا مبدعين ليتضمن الطرق البديلة للحصول على المزيد من قوة الحوسبة والعمل بجد لتحسين تصميم الرقائق وتصنيع رقائق المتخصصة لتسريع خوارزميات حاسمة معينة.
يبدو أن الطلب القوي على السيليكون المضبوط على الجبر(نوع فعال من سيليكون) الذي يعد أمرًا حاسمًا لتقنية التعليم الآلي القوية التي تسمى التعلم العميق (deep learning) أمرًا لا مفر منه.
على سبيل المثال: تتحرك شركة شرائح الرسوميات Nvidia والعديد من الشركات الناشئة بالفعل في هذا الاتجاه.
مشكلة قانون مور
يقول هورست سيمون، نائب مدير مختبر لورانس بيركلي الوطني. إن أقوى آلات الحساب في العالم يبدو أنها تشعر بالفعل بآثار نهاية قانون مور حيث لم تعد تتحسن أجهزة الكمبيوتر العملاقة في العالم بالمعدل الذي اعتادوا عليه.
"شهدنا خلال السنوات الثلاث الماضية نوعًا من الركود".
هذه أخبار سيئة لبرامج البحث التي تعتمد على أجهزة الكمبيوتر الفائقة، مثل الجهود المبذولة لفهم تغير المناخ، وتطوير مواد جديدة للبطاريات والموصلات الفائقة، وتحسين تصميم الأدوية.
إن النهضة القادمة في كثافة الترانزستور ستثير مزيدًا من الاهتمام بإعادة رسم البنية الأساسية لأجهزة الكمبيوتر بين الحواسيب الفائقة ومصممي مراكز البيانات.
يمكن أن يؤدي الى التخلص من بعض ميزات التصميم التي يعود تاريخها إلى الأربعينيات إلى تحقيق مكاسب هائلة في الكفاءة. ومع ذلك فإن الاستفادة من ذلك يتطلب إعادة التفكير في تصميم أنواع عديدة من البرامج، وسيتطلب من المبرمجين تغيير عاداتهم.
مهما كان نوع الكمبيوتر الذي تهتم به، فإن السؤال الرئيسي هو:
ما إذا كانت الطرق الإبداعية التي تركت مفتوحة لشركات الحوسبة التي يمكن أن توفر مكافآت مماثلة لقانون مور بعد انتهاءه؟.
يقول نيل طومسون، الأستاذ المساعد في "MIT Sloan School"نحن نعلم أن هذه الأشياء الأخرى مهمة، لكن السؤال هو: هل هي من نفس الحجم؟".
أحد الأسباب للاعتقاد أنها قد لا تكون هو أنه سيتعين على الشركات العمل معًا بطرق جديدة ومعقدة، لإيجاد حلول جديدة و فعالة تستطيع أن تعلن عن ثورة في عالم الحوسبة بإيمكانيات فائقة تنسينا علاقتنـــا الطويلة مع قوانين مور.
اليوم، و بفضل الدوائر المتكاملة واسعة النطاق المستخدمة في تصنيع المعالجات الدقيقة القوية بشكل متزايد. غيرت كثيرا صناعة الكمبيوتر العالم. فقد قمنا برقمنة كل جوانب حياتنا تقريبًا، من توزيع الطعام إلى النقل، وخلقنا تقنيات جديدة لم تكن ممكنة أبدًا مع المعالجات القديمة، مثل وسائل التواصل الاجتماعي والألعاب عبر إنترنت الأشياء والروبوتات والواقع المعززوالواقع الافتراضي والتعليم الآلي.
لكن التكنولوجيا لا يمكن لها أن تتوقف هنا فهذا الطلب الرهيب على كل جيل جديد من المعالجات قصد فك أعتى الخوارزميات في وقت أقل.
ومع وصول قوانين مور لمنحناها التنازلي زاد الخناق على علماء و تقنيي العالم بابتكار طرق متقدمة تحتوي هذا الطلب المتوشح للحوسبة و تخمد نيران قوانين مور المشتعلة لسنوات.
ماذا بعد قانون مــور ؟
الحــــاسوب الكمومـــي
ربما تكون الحوسبة الكمية هي الأكثر شيوعًا بين جميع المتنافسين الذين يتطلعون إلى استبدال رقائق السيليكون التقليدية. بدلاً من السماح للتأثيرات الكمومية بمنع الترانزستورات الصغيرة من العمل ، فلماذا لا نبني أجهزة تستفيد من التأثيرات الكمية الصغيرة لجعلها تعمل؟
بدلاً من ذلك فإن البتات (الوحدة الأساسية للمعلومات المستخدمة في الحوسبة التقليدية) تعتمد الحوسبة الكمومية على الكتل الإنشائية المسماة كيوبتات.
في حين أن البتات العادية يمكن أن تأخذ فقط قيمة 0 أو 1، فكر في القطب الشمالي والجنوبي على الكرة. يمكن للبتة القطبية أن تأخذ أي قيمة على سطح الكرة بالكامل. وهذا يسمح لهم بمعالجة المزيد من المعلومات بطاقة أقل.
اليوم هناك العديد من الأمثلة المبكرة لأجهزة الكمبيوتر الكمومية التي يتبع كل منها تصميمات مختلفة قليلاً طورتها IBM و Google و Rigetti و Intel. حتى الآن، يبقى أن نرى أي شركة وأي نوع من أجهزة الكمبيوتر الكمومية ستفوز بالسباق للسيطرة على هذا الشكل الجديد الغريب من الحوسبة ولكن النتائج الأولية تبدو بالتأكيد واعدة....
معالجات الجرافين
هناك الكثير من المواد الغريبة الناشئة التي يمكن استخدامها في الإلكترونيات. الجرافين - المادة الجديدة المدهشة المصنوعة من شبكة من جزيئات الكربون وأقوى 40 مرة من ألماس - هو أحد هذه المنافسين لأنه موصل رائع للكهرباء.
استخدم البحث الأخير الذي أجرته الجامعات الأمريكية الجرافين لصنع ترانزستور يعمل بشكل أسرع 1000 مرة من ابن عمه السليكون. مع مقاومة كهربائية أقل، يمكن زيادة سرعة معالجات الجرافين ألف مرة ولا تزال تستخدم طاقة أقل من التكنولوجيا التقليدية.
رقائق المعيشة
يعمل العديد من الباحثين على بناء أجهزة كمبيوتر تستلهم من الخلايا العصبية في الدماغ. مشروع الدماغ البشري هذا على سبيل المثال هو تجسيد ضخم يموله الاتحاد الأوروبي يدرس كيفية بناء خوارزميات وأجهزة كمبيوتر جديدة تحاكي طريقة عمل الدماغ. لكن بعض الباحثين يذهبون أبعد من ذلك.
Koniku هي أول شركة مخصصة لبناء أجهزة الكمبيوتر باستخدام الخلايا العصبية الحية. يقول مؤسس Oshiorenoya Agabi: "نحن نتبنى وجهة النظر الراديكالية التي يمكنك من خلالها حساب الخلايا العصبية البيولوجية الحقيقية.
تهدف Koniku إلى نمو الخلايا العصبية الحية، المبرمجة عن طريق تغيير الحمض النووي، والحفاظ عليها حية وعملية لمدة تصل إلى عامين في "شريحة حية". قد تكون النتيجة معالجًا بيولوجيًا يقول Koniku أنه مثلا يمكن استخدامه للكشف عن روائح المخدرات أو المتفجرات لأغراض أمنية وعسكرية.