La Ley de Moore ha muerto, viva la Ley de Moore

La Ley de Moore cumple 50 años la semana que viene, lo que hace que este sea un momento oportuno para revisar la predicción clásica de Gordon Moore, su elevación a un pronunciamiento casi divino en los últimos 50 años y la pregunta de qué, si es que algo, la Ley de Moore puede enseñarnos sobre el futuro. de la informática. Mi colega David Cardinal ya ha discutido la propia ley, Así como la evolución temprana del circuito integrado. Para tener una idea de dónde podría evolucionar la Ley de Moore en el futuro, nos sentamos con el litógrafo, instructor y caballero científico, el Dr. Christopher Mack. Puede parecer extraño hablar sobre el futuro de la Ley de Moore con un científico que bromeó medio en broma por su muerte hace solo un año, pero una de las características de la 'Ley' es la forma en que se ha reinventado varias veces durante los últimos cincuenta años. .

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System / 360 de IBM. Foto cortesía de Wikipedia

en unartículo reciente, El Dr. Mack sostiene que lo que llamamos 'Ley de Moore' son en realidad al menos tres leyes diferentes. En la primera era, denominada Ley 1.0 de Moore, la atención se centró en aumentar la cantidad de componentes en un solo chip. Un ejemplo sencillo se puede encontrar en la evolución del propio microprocesador. A principios de la década de 1980, la gran mayoría de las CPU solo podían realizar operaciones matemáticas enteras al instante. Si deseaba realizar cálculos de punto flotante (es decir, cálculos realizados con un punto decimal), tenía que comprar una unidad de punto flotante independiente con su propio pinout y zócalo de placa base (en placas base compatibles).



Algunos de ustedes también recordarán que en los primeros días de la memoria caché de la CPU, la memoria caché en cuestión estaba montada en la placa base (y a veces se podía actualizar), no integrada en la matriz de la CPU. El término bus 'frontal' (que iba desde el controlador Northbridge hasta la memoria principal y varios periféricos) se contrastaba originalmente con el 'bus posterior', que se dirigía a la memoria caché de la CPU desde la propia CPU. La integración de estos componentes en la matriz no siempre redujo los costos (a veces, el producto final era en realidad más caro), pero mejoró enormemente el rendimiento.

The Digital VAX

VAX 11/780 de Digital. En muchos sentidos, la consumada máquina CISC.

La Ley 2.0 de Moore realmente se hizo realidad a mediados de la década de 1990. Moore's Law siempre tuvo un socio más tranquilo, conocido como Dennard Scaling. Dennard Scaling declaró que a medida que los transistores se volvían más pequeños, su densidad de potencia permanecía constante, lo que significa que los transistores más pequeños requerían menos voltaje y menor corriente. Si la Ley de Moore hubiera dicho que podríamos empaquetar más transistores en la misma área, Dennard Scaling se aseguró de que esos transistores fueran más fríos y consumieran menos energía. Fue Dennard Scaling el que rompió en 2005, ya que Intel, AMD y la mayoría de los otros proveedores dejaron de enfatizar el escalado basado en reloj, a favor de agregar más núcleos de CPU y mejorar el rendimiento de CPU de un solo subproceso.

Desde 2005 hasta 2014, continuó la Ley de Moore, pero el énfasis estaba en mejorar el costo al reducir el gasto de cada transistor adicional. Es posible que esos transistores no funcionen más rápido que sus predecesores, pero a menudo eran más eficientes y menos costosos de construir. Como señala el Dr. Mack, gran parte de esta mejora fue impulsada por desarrollos en herramientas de litografía. A medida que aumentaba el rendimiento de las obleas de silicio y aumentaba la producción, el costo total de fabricación (por transistor) disminuyó, mientras que el costo total por milímetro cuadrado disminuyó lentamente o se mantuvo más o menos igual.

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La ley de Moore escalando a través de la era clásica.

La Ley 3.0 de Moore, entonces, es mucho más diversa e implica la integración de funciones y capacidades que históricamente no se han visto como parte de las funciones de la CPU. El regulador de voltaje integrado de Intel, o la mayor integración de los circuitos de alimentación para mejorar mejor las características de inactividad y carga de la CPU, podría considerarse como una aplicación de la Ley 3.0 de Moore, junto con algunas de las funciones de aprendizaje profundo de Nvidia, o su impulso para moverse tecnología de procesamiento de cámara al mismo núcleo de silicio que alimenta otras áreas del núcleo.

El Dr. Mack señala ideas como los nano-retardos: interruptores en movimiento diminutos y diminutos que pueden no activarse tan rápido como la lógica digital, pero que no pierden energía una vez que se activan. Si tales tecnologías se integrarán en los diseños de chips futuros es una incógnita, y la investigación que se está realizando en ellas es más incierta. Es muy posible que una empresa gaste millones tratando de implementar mejor un diseño en lógica digital, o adaptar los principios de los semiconductores a otros tipos de diseño de chips, solo para descubrir que el producto final es incrementalmente mejor que la parte anterior.

La naturaleza cambiante de la ley de Moore

Hay un argumento en contra de este cambio de uso que dice algo así: la Ley de Moore, divorciada de las palabras reales de Gordon Moore, no es la Ley de Moore en absoluto. Al cambiar la definición de la Ley de Moore, ésta pasa de ser una declaración científica confiable a un término de marketing poco convincente. Tales críticas no carecen de mérito. Al igual que la velocidad del reloj, los recuentos de núcleos, las densidades de transistores y los resultados de referencia, la ley de Moore, en cualquier forma, está sujeta a distorsiones. Estoy comprensivo con este argumento — cuando llamé a la Ley de Moore muerta en el pasado, Me he estado refiriendo a eso.

GordonMoore

Sin embargo, una crítica a esta perspectiva es que las capas adicionales de dulce de azúcar se agregaron hace mucho tiempo. El artículo original de Gordon Moore no se publicó en Los New York Times para consumo público: era un documento técnico destinado a predecir la tendencia a largo plazo de los fenómenos observados. Las fundiciones modernas siguen enfocadas en mejorar la densidad y reducir el costo por transistor (tanto como sea posible). Pero el significado de la 'Ley de Moore' cambió rápidamente de una simple declaración sobre los costos y las líneas de tendencia de densidad y se presentó como una tendencia general que gobernaba casi todos los aspectos de la informática.

Incluso esta La tendencia general comenzó a cambiar en 2005, sin ninguna ayuda indebida de los departamentos de marketing. Al principio, tanto Intel como AMD se enfocaron en agregar más núcleos, pero esto requirió soporte adicional de los proveedores de software y herramientas de desempeño. Más recientemente, ambas empresas se han centrado en mejorar la eficiencia energética y recortar la energía inactiva para encajar mejor en las envolventes de energía móvil. Intel y AMD han realizado un trabajo increíble reduciendo el consumo de energía inactivo a nivel de plataforma, pero el consumo de energía de la CPU a plena carga ha caído mucho más lentamente y las temperaturas máximas de la CPU se han disparado. Ahora toleramos temperaturas de carga completa de 80-95 ° C, en comparación con las temperaturas máximas de 60-70 ° C hace menos de una década. Los fabricantes de CPU y las fundiciones merecen crédito por fabricar chips que pueden tolerar estas temperaturas más altas, pero esos cambios se realizaron porque la escala de Dennard que subyace a lo que el Dr. Mack llama la Ley de Moore 2.0 ya había fallado.

Escalado de CPU

El escalado de transistores continuó mucho después de que el IPC y la velocidad del reloj se habían estabilizado.

Incluso una persona con mentalidad de ingeniería puede apreciar que cada cambio en la definición de la Ley de Moore acompañó a un cambio profundo en la naturaleza de la capacidad informática de vanguardia. La Ley 1.0 de Moore nos dio el mainframe y el miniordenador. El énfasis de la Ley 2.0 de Moore en el rendimiento por transistor y la escala de costos marcó el comienzo de la era de la microcomputadora tanto en sus versiones de escritorio como de computadora portátil. La Ley 3.0 de Moore, con su enfoque en los costos a nivel de plataforma y la integración total del sistema, nos ha dado el teléfono inteligente, la tableta y la naciente industria de los dispositivos portátiles.

Hace veinte años, el ritmo de la Ley de Moore representaba transistores más rápidos y velocidades de reloj más altas. Ahora sirve como abreviatura para una mejor duración de la batería, frecuencias de impulso más altas, retornos más rápidos a inactivo (0W es, en cierto sentido, el nuevo 1GHz), pantallas más nítidas, factores de forma más delgados y, sí, un rendimiento general más alto en algunos casos, aunque no tan rápido como a la mayoría de nosotros le gustaría. Permanece como concepto porque representa algo mucho más grande que el rendimiento de un transistor o las características eléctricas de una puerta.

Después de 50 años, la Ley de Moore se ha convertido en la abreviatura cultural de la innovación en sí. Cuando Intel, Nvidia o Samsung se refieren a la Ley de Moore en este contexto, se refieren a la aplicación continua de décadas de conocimiento e ingenio en cientos de productos. Es una forma de reconocer la tremenda colaboración que continúa ocurriendo desde la línea fabulosa hasta la sala de estar, el resultado de una minuciosa investigación dirigida a acercar las capacidades de una plataforma un poco más a lo que quieren los usuarios. ¿Eso es marketing? Usted apuesta. Pero no lo es sólo márketing.

La ley de Moore está muerta. Viva la Ley de Moore.

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