Tại sao máy tính hiện đại tốt hơn nhiều so với máy tính cũ? Một lời giải thích liên quan đến số lượng lớn các tiến bộ đã diễn ra trong lĩnh vực vi xử lý trong vài thập kỷ qua. Khoảng 18 tháng một lần, số lượng bóng bán dẫn có thể được lắp vào mạch tích hợp tăng gấp đôi.
Xu hướng này lần đầu tiên được phát hiện vào năm 1965 bởi người đồng sáng lập Intel, Gordon Moore, và được gọi phổ biến là “ Định luật Moore ”. Kết quả đã thúc đẩy công nghệ tiến lên và biến nó thành một ngành công nghiệp nghìn tỷ đô la, trong đó những con chip mạnh mẽ không thể tưởng tượng được có thể được tìm thấy trong mọi thứ, từ máy tính gia đình, ô tô tự lái đến các thiết bị gia dụng thông minh.
Nhưng Định luật Moore có thể không tiếp diễn vô thời hạn. Ngành công nghệ cao có thể yêu thích sự phát triển theo cấp số nhân và “chấm dứt tình trạng khan hiếm” theo hướng kỹ thuật số, nhưng có những giới hạn vật lý đối với khả năng liên tục thu nhỏ kích thước của các thành phần trên chip.
Định luật Moore là gì?
Định luật Moore là một quan sát được thực hiện bởi người đồng sáng lập Intel, Gordon Moore vào năm 1965. Nó nói rằng khoảng 18 tháng một lần, số lượng bóng bán dẫn có thể được ép vào một mạch tích hợp tăng gấp đôi. ”
Đã có hàng tỷ bóng bán dẫn trên các chip mới nhất không thể nhìn thấy bằng mắt người. Nếu Định luật Moore tiếp tục đến năm 2050, các kỹ sư sẽ phải chế tạo bóng bán dẫn từ các thành phần nhỏ hơn một nguyên tử hydro. Nó cũng ngày càng đắt đỏ để các công ty theo kịp. Xây dựng nhà máy chế tạo chip mới tiêu tốn hàng tỷ đồng.
Kết quả của những yếu tố này, nhiều người dự đoán Định luật Moore sẽ biến mất một thời gian nữa vào đầu những năm 2020, khi các con chip có các thành phần chỉ cách nhau khoảng 5 nanomet. Điều gì xảy ra sau đó? Liệu tiến bộ công nghệ có bị dừng lại, như thể chúng ta ngày nay đã bị mắc kẹt khi sử dụng cùng một chiếc PC chạy Windows 95 mà chúng ta đã sở hữu vài thập kỷ trước?
Không hẳn vậy. Dưới đây là bảy lý do tại sao sự kết thúc của Định luật Moore không có nghĩa là sự kết thúc của tiến bộ máy tính như chúng ta biết.
Định luật Moore sẽ không kết thúc ‘chỉ như vậy’
Hãy tưởng tượng thảm họa sẽ xảy đến với chúng ta nếu ngày mai, định luật nhiệt động lực học hoặc ba định luật chuyển động của Newton không còn hoạt động. Định luật Moore, bất chấp tên gọi của nó, không phải là một định luật phổ quát thuộc loại này. Thay vào đó, đó là một xu hướng có thể quan sát được giống như việc Michael Bay có xu hướng phát hành một bộ phim Transformers mới vào mùa hè
Hai chip Intel 8080 từ những năm 1970 (trên cùng bên trái), Intel 486 và Pentium từ 1989 và 1992 (trên cùng bên phải), Bộ xử lý Xeon Dual-Core 5100 từ năm 2006 và i7 Thế hệ thứ 8 từ năm 2017.
Tại sao chúng tôi đưa ra điều này? Bởi vì Định luật Moore sẽ không kết thúc giống như một người nào đó tắt lực hấp dẫn. Chỉ vì chúng ta không còn tăng gấp đôi số bóng bán dẫn trên chip sau mỗi 18 tháng không có nghĩa là tiến trình sẽ hoàn toàn dừng lại. Nó chỉ có nghĩa là tốc độ cải tiến sẽ diễn ra chậm hơn một chút.
Hình dung nó giống như dầu. Chúng ta đã có những thứ dễ tiếp cận trên bề mặt, bây giờ chúng ta cần sử dụng các công nghệ như fracking để có quyền truy cập vào các tài nguyên khó kiếm hơn.
Các thuật toán và phần mềm tốt hơn
Hãy nghĩ về những ngôi sao NFL hoặc NBA, những người kiếm được nhiều tiền đến mức họ không phải lo lắng về việc làm cho khoản tiết kiệm hiện có của họ tồn tại lâu hơn. Đó là một phép ẩn dụ hơi lộn xộn, nhưng vẫn phù hợp, cho mối quan hệ giữa Định luật Moore và phần mềm.
Việc tăng hiệu suất của các chip giống nhau sẽ trở thành ưu tiên cao hơn nhiều.
Mặc dù có những phần mềm được mã hóa tuyệt đẹp ở ngoài kia, nhưng phần lớn thời gian các lập trình viên không phải lo lắng quá nhiều về việc sắp xếp hợp lý mã của họ để làm cho nó bớt chậm chạp hơn năm này qua năm khác vì họ biết rằng bộ vi xử lý máy tính năm sau sẽ có thể chạy nó tốt hơn. Tuy nhiên, nếu Định luật Moore không còn tạo ra những tiến bộ tương tự, thì phương pháp này không còn có thể dựa vào được nữa.
Do đó, việc tăng hiệu suất phần mềm ra khỏi cùng một con chip sẽ trở thành ưu tiên cao hơn nhiều. Đối với tốc độ và hiệu quả, điều đó có nghĩa là tạo ra các thuật toán tốt hơn. Ngoài tốc độ, hy vọng nó sẽ có nghĩa là phần mềm thanh lịch hơn với mức độ tập trung lớn vào trải nghiệm người dùng, giao diện và chất lượng.
Ngay cả khi Định luật Moore kết thúc vào ngày mai, việc tối ưu hóa phần mềm ngày nay vẫn mang lại sự phát triển trong nhiều năm, nếu không muốn nói là nhiều thập kỷ – ngay cả khi không có cải tiến phần cứng.
Chip chuyên dụng hơn
Như đã nói, một cách để các nhà thiết kế chip khắc phục sự chậm lại của những tiến bộ trong chip đa năng là tạo ra những bộ vi xử lý chuyên biệt hơn. Các đơn vị xử lý đồ họa (GPU) chỉ là một ví dụ về điều này. Các bộ xử lý chuyên biệt tùy chỉnh cũng có thể được sử dụng cho mạng nơ-ron , thị giác máy tính cho ô tô tự lái , nhận dạng giọng nói và thiết bị Internet of Things.
Khi Định luật Moore chậm lại, hãy kỳ vọng sẽ thấy các nhà sản xuất chip tăng cường sản xuất các loại chip chuyên dụng hơn. Ví dụ, GPU đã là động lực thúc đẩy tầm nhìn của máy tính trong ô tô tự lái và phương tiện giao thông tới các mạng cơ sở hạ tầng.
Khi Định luật Moore chậm lại, các nhà sản xuất chip sẽ tăng cường sản xuất chip chuyên dụng. Ví dụ, GPU đã là động lực thúc đẩy tầm nhìn của máy tính trong ô tô tự hành và mạng lưới phương tiện đến cơ sở hạ tầng.
Những thiết kế đặc biệt này có thể tự hào về một loạt các cải tiến, chẳng hạn như mức hiệu suất cao hơn trên mỗi watt. Các công ty nhảy vào dải tần tùy chỉnh này bao gồm Intel, Google, Wave Computing, Nvidia, IBM và nhiều công ty khác dẫn đầu thị trường.
Cũng giống như việc lập trình tốt hơn, sự chậm lại của những tiến bộ trong sản xuất buộc các nhà thiết kế chip phải suy nghĩ kỹ hơn khi nghĩ đến những đột phá kiến trúc mới.
Nó không còn chỉ về những con chip
Định luật Moore ra đời vào giữa những năm 1960, một phần tư thế kỷ trước khi nhà khoa học máy tính Tim Berners-Lee phát minh ra World Wide Web. Mặc dù lý thuyết đã trở thành sự thật kể từ đó, nhưng cũng không cần phải dựa vào quá trình xử lý cục bộ trong thời đại của các thiết bị được kết nối. Chắc chắn, nhiều chức năng trên PC, máy tính bảng hoặc điện thoại thông minh của bạn được xử lý trên chính thiết bị, nhưng số lượng ngày càng tăng thì không.
Với Điện toán đám mây, rất nhiều công việc nặng nhọc có thể được thực hiện ở những nơi khác.
Điện toán đám mây có nghĩa là rất nhiều công việc nặng nhọc cho các vấn đề tính toán lớn có thể được thực hiện ở những nơi khác trong các trung tâm dữ liệu lớn, sử dụng các hệ thống song song khổng lồ sử dụng gấp nhiều lần số lượng bóng bán dẫn trong một máy tính đơn lẻ thông thường. Điều đó đặc biệt đúng đối với các tác vụ chuyên sâu về AI, chẳng hạn như trợ lý thông minh mà chúng tôi sử dụng trên thiết bị của mình.
Bằng cách thực hiện quá trình xử lý này ở nơi khác và câu trả lời được gửi lại cho máy cục bộ của bạn khi nó được tính toán, máy móc có thể trở nên thông minh hơn theo cấp số nhân mà không cần phải thay đổi bộ xử lý của chúng sau mỗi 18 tháng hoặc lâu hơn.
Vật liệu và cấu hình mới
Thung lũng Silicon có tên tuổi là có lý do, nhưng các nhà nghiên cứu đang bận rộn tìm hiểu những con chip trong tương lai có thể được làm bằng vật liệu khác ngoài silicon.
Ví dụ, Intel đang thực hiện một số công việc đáng kinh ngạc với các bóng bán dẫn được xây dựng theo mô hình 3D hướng lên thay vì đặt phẳng để thử nghiệm các cách khác nhau để đóng gói bóng bán dẫn vào bảng mạch. Các vật liệu khác như vật liệu dựa trên các nguyên tố từ cột thứ ba và thứ năm của bảng tuần hoàn có thể thay thế silicon vì chúng là chất dẫn điện tốt hơn.
Hiện tại, vẫn chưa rõ liệu những chất này sẽ có thể mở rộng hay giá cả phải chăng, nhưng dựa trên chuyên môn tổng hợp của những người giỏi nhất trong ngành công nghệ – và sự khuyến khích sẽ đi kèm với nó – vật liệu bán dẫn tiếp theo có thể đang chờ đợi.
Tính toán lượng tử
Điện toán lượng tử có lẽ là ý tưởng “ngoài kia” nhất trong danh sách này. Nó cũng thú vị nhất nhì. Máy tính lượng tử, ngay bây giờ, là một công nghệ thử nghiệm và rất đắt tiền. Chúng là một loài động vật khác với các máy tính điện tử kỹ thuật số nhị phân mà chúng ta biết, dựa trên các bóng bán dẫn.
Thay vì mã hóa dữ liệu thành các bit là 0 hoặc 1, tính toán lượng tử xử lý các bit lượng tử, có thể là 0, 1 và cả 0 và 1 cùng một lúc. Những chồng chất này có thể làm cho máy tính lượng tử nhanh hơn và hiệu quả hơn nhiều so với các máy tính chính thống hiện có. Việc chế tạo máy tính lượng tử mang rất nhiều thách thức (chúng cần được bảo quản cực kỳ lạnh). Tuy nhiên, nếu các kỹ sư có thể giải quyết vấn đề này, chúng tôi có thể kích hoạt những tiến bộ khổng lồ với tốc độ nhanh đến mức khiến đầu của Gordon Moore quay cuồng.
Những thứ chúng tôi chưa thể nghĩ ra
Rất ít người có thể dự đoán điện thoại thông minh trở lại vào những năm 1980. Ý tưởng rằng Google sẽ trở thành gã khổng lồ như hiện nay hoặc một trang web thương mại điện tử như Amazon sẽ trên đà trở thành công ty trị giá 1 nghìn tỷ USD đầu tiên nghe có vẻ điên rồ vào đầu những năm 1990.
Vấn đề là, khi nói đến tương lai của điện toán, chúng ta sẽ không tuyên bố biết chính xác những gì xung quanh. Đúng, ngay bây giờ tính toán lượng tử trông giống như hy vọng lớn về máy tính trong dài hạn sau Định luật Moore, nhưng rất có thể trong vài thập kỷ nữa, máy tính sẽ trông hoàn toàn khác với những máy tính chúng ta sử dụng ngày nay.
Cho dù đó là cấu hình mới của máy móc, chip được làm từ vật liệu hoàn toàn mới hay các loại nghiên cứu hạ nguyên tử mới mở ra những cách mới để đóng gói bóng bán dẫn vào chip, chúng tôi tin rằng tương lai của máy tính với tất cả sự khéo léo mà nó có sẽ là tốt nhất.
Nguồn: digitaltrends