مختارات

قانون مور و سرعة المعالج

 "جوردن مور"مؤسس معدل التقدم مور

تطبيقات الهاتف المحمول وألعاب الفيديو وجداول البيانات والتنبؤات الدقيقة بالطقس، هذه مجرد عينة من الأشياء التي تغير الحياة والتي أصبحت ممكنة بفضل النمو الهائل والموثق لرقائق الكمبيوتر على مدى العقود الخمسة الماضية.

لكن في غضون بضع سنوات، قد تضطر شركات التكنولوجيا إلى العمل بجد لإحضار حالات استخدام جديدة متطورة لأجهزة الكمبيوتر. و قد كان التدرج المستمر لمزيد من الترانزستورات السليكونية على الرقائق، و المعروفة باسم قانون مور، المادة الأولية للابتكار الحماسي في مجال الحوسبة. و الذي أصبح الآن يبدو أنه يتباطأ إلى التوقف.

نظرة عامة حول قانون مور

مقارنةً بما كانت عليه قبل 50 عامًا، أصبحت معالجات الكمبيوتر اليوم ذات سرعة كبيرة. بما أن سرعتها تتضاعف كل عامين تقريبًا، حيث يُعرف هذا التأثير المضاعف باسم قانون مور ، و يعد جوردون مور ، المؤسس المشارك لشركة إنتل ، الذي توقع معدل التقدم هذا في عام 1965.

فبالنسبة لصناعة الكمبيوتر أصبح تنبؤه قاعدة ذهبية ، وربما حتى نبوءة تحقق ذاتها. تم إلهام الشركات المصنعة للرقائق لتحقيقها بتوقعات قانون مور. وقد فعلوا ذلك، حيث ابتكروا طرقًا أكثر إثارة للإعجاب لتقليص المكونات الضرورية لتناسب مناطق أصغر وأصغر من السليكون ، وتسريع معدل تفاعل هذه المكونات في العملية.

تم تسمية قانون مور على اسم مؤسس إنتل جوردون مور. حيث لاحظ في عام 1965 أن الترانزستورات تتقلص بسرعة كبيرة بحيث يمكن أن يتناسب كل عام ضعف ما يمكن أن يتناسب مع الشريحة ، وفي عام 1975 قام بتعديل السرعة إلى مضاعفتها 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 التالي ، بميزات أصغر تصل إلى 10 نانومتر ، من عام 2016 إلى أواخر عام 2017. 

كما قررت الشركة زيادة الوقت بين الأجيال القادمة (انظر "إنتل تضع الفرامل على قانون مور"). ويتم إلغاء 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 بالتأثيرات 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. وأن عمومًا الأجهزة المحمولة متأخرة قليلاً في تكنولوجيا الترانزستور.

يقول وينيش: "من المحتمل أن يكون لديك جيل أو اثنين من مدارج الهواتف المحمولة". 

و مع ذلك، فإن العديد من الأشياء المفيدة التي يمكن أن تقوم بها الأجهزة المحمولة تعتمد على قوة مراكز البيانات التي تبلغ قيمتها مليار دولار ، حيث ستكون نهاية قانون مور صداعًا فوريًا. فشركات مثل Google  Microsoft تنتظر بفارغ الصبر كل جيل جديد من الرقائق الأكثر تقدمًا، والمكتظة بكثافة أكبر من الترانزستورات.

يقول وينيش إن شركات مثل Intel ، التي تهيمن على سوق شرائح الخوادم ، سيتعين على أكبر عملائها أن يكونوا مبدعين ليتضمن الطرق البديلة للحصول على المزيد من قوة الحوسبة و العمل بجد لتحسين تصميم الرقائق وتصنيع رقائق المتخصصة لتسريع خوارزميات حاسمة معينة.

 و 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 الرسومات Nvidia والعديد من الشركات الناشئة بالفعل في هذا الاتجاه.

تعمل Microsoft و Intel أيضًا على فكرة تشغيل بعض التعليمات البرمجية على رقائق قابلة لإعادة التشكيل تسمى FPGAs لزيادة الكفاءة (انظر "Microsoft Says Reprogrammable Chips   Will Make AI Smarter").  أنفقت Intel ما يقرب من 17 مليار دولار لشراء شركة Altera الرائدة في مجال FPGA العام الماضي وتقوم بتكييف تقنيتها مع مراكز البيانات.

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.

و يقول إن النهضة القادمة في كثافة الترانزستور ستثير مزيدًا من الاهتمام بإعادة رسم البنية الأساسية لأجهزة الكمبيوتر بين الحواسيب الفائقة ومصممي مراكز البيانات. و 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 يمكن أن توفر مكافآت مماثلة لقانون مور بعد انتهاءه ، كما 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 بعد فضل الدوائر المتكاملة واسعة النطاق المستخدمة في تصنيع المعالجات الدقيقة القوية بشكل متزايد. وغيرت 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 الإنترنت والروبوتات والواقع المعزز 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 ، على سبيل المثال ، هو مشروع 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.


المصادر
↱3 Moore, G. E. Electronics 38, 114–117 1965       2     1


تعليقات
ليست هناك تعليقات
إرسال تعليق