ПРОЦЕССОРЫ  INTEL  ЧЕРЕЗ  10  ЛЕТ.  КАКИЕ  ОНИ?

Зубкова  Валерия  Владимировна

студент  2  курса,  кафедра  Менеджмента  и  Государственного  и  Муниципального  Управления,  филиал  государственного  бюджетного  образовательного  учреждения  высшего  профессионального  образования  Московской  области  «Международный  университет  природы,  общества  и  человека  «Дубна»  —  Дмитровский  Институт,  РФ,  г.  Дмитров

E-mail:  zubckovа.vаleriyа@yаndex.ru

Митрошин  Павел  Алексеевич

старший  преподаватель,  кафедра  Математики  и  Прикладной  Информатики,  филиал  государственного  бюджетного  образовательного  учреждения  высшего  профессионального  образования  Московской  области  «Международный  университет  природы,  общества  и  человека  «Дубна»  -  Дмитровский  Институт,  РФ,  г.  Дмитров

Современные  информационные  технологии  и  системы  развиваются  стремительными  темпами  и  создавать  прогнозы,  довольно  непросто,  относительно  того,  как  сформируется  положение  дел,  к  примеру,  лет  через  10.  Поэтому,  чтобы  решить  такие  задачи  информируются  у  так  называемых  ЗРИТ  —  законов  развития  информационных  технологий,  которые  могут  предоставить  возможность  довольно  буквально  представить  прогноз  на  ближайшее  время.  Закон  Гордона  Мура  является  одним  из  наиболее  известным  в  этой  области.  Анализ  данного  закона  представлен  в  данном  исследование  за  последние  13  лет.

Наблюдение  эмпирического  характера,  изначально  сделанное  Гордоном  Муром  именуется  законом  Мура,  при  котором  численность  транзисторов,  которые  находятся  на  кристалле  интегральной  схемы,  умножаются  каждые  24  месяца  в  2  раза.  Также  существует  интервал  в  18  месяцев,  который,  по  предположению  многих  учёных,  связан  с  прогнозом  Давида  Хауса  из  Intеl,  высказывающий  такую  мысль,  что  производительность  процессоров  должна  удваиваться  каждые  18  месяцев  вследствие  роста  количества  транзисторов  и  быстродействия  каждого  из  них.

1959  год  ряд  учёных  создал  интегральную  схему,  а  уже  в  1965  году  Гордон  Мур,  приходившийся  одним  из  соавторов  по  созданию  компании  Intel,  пришёл  к  закономерности  по  которой  возникновение  новых  моделей  микросхем  наблюдалось  спустя  примерно  год  после  предшественников,  при  этом  количество  транзисторов  в  них  увеличивалось  каждый  раз  примерно  в  два  раза.  В  связи  с  этим,  Мур  обобщил  все  сведения  и  сделал  вывод,  что  мощность  вычислительных  приборов  имеет  возможность  быстро  вырасти  за  относительно  маленький  интервал  времени  при  сохранении  данной  тенденции.  В  дальнейшем  это  явление  получило  название  Закон  Мура.

«Удвоение  числа  транзисторов  будет  происходить  примерно  каждые  два  года»  —  такие  поправки  внёс  в  свой  закон  Гордон  Мур  в  1975  году.

В  одном  из  научных  изданий  некогда  было  приведено  такое  удивительное  сопоставление,  что  объяснило  эффекты,  названные  законом  Мура:

«Если  бы  авиапромышленность  за  последние  25  лет  развилась  настолько  же  быстро,  как  индустрия  средств  ВТ,  то  в  наше  время  бы  самолёт  Воеing  767  стоил  бы  500  долларов  и  смог  бы  облететь  вокруг  всего  земного  шара  за  какие-то  20  минут,  при  этом  затрачивая  всего  лишь  пять  галлонов  (-18,9  л)  горючего.  Данные  цифры  очень  буквально  отражают  увеличение  быстродействия  и  экономичности  ЭВМ,  но  в  то  же  время  и  понижение  цены».

«В  скором  времени  закон  перестанет  действовать  из-за  атомной  природы  вещества  и  лимитирования  скорости  света»,  такие  предположения  Мур  высказал  в  2002  году.

Совершенствование  технологий  производства.

Чтобы  улучшить  многие  операции,  применяемые  при  изготовлении  микросхем,  нужно  осуществлять  переходы  к  технологиям  нового  поколения,  на  пример  от  0,25—к  0,18-мкм.

Процесс,  когда  свет  с  маленькой  длиной  волны  фокусируется  с  поддержкой  комплекта  прецизионных  линз  и  протекает  через  фотошаблоны,  соответствующие  рисунку  схемы,  получил  название  фотолитографический.  Именно  он  играет  особую  роль.  В  этот  процесс  входят:  экспонирование  фоторезиста,  нанесенного  на  плоскость  пластинки  после  проявки,  травление  и  хим.удаление  на  пластинке.  После  этого  складываются  микроскопические  детали  схемы.

Директор  Intel  по  производственным  технологиям,  Клейм  Бор,  считал,  что  в  соответствии  с  этими  процессами  к  совершенствованию  должны  стремиться  информаторы  света  и  оптика.  В  конце  1999  года  компания  Intel  выпускает  микропроцессоры  под  названием  Pentium  III,  сделанные  по  0,18-мкм  технологии  с  использованием  248-нм  источника  света  в  глубочайшей  ультрафиолетовой  области  диапазона,  как  и  при  производстве  передовых  0,25-мкм  кристаллов  на  процессоры  Pentium  II  и  Pentium  III.  Примерно  через  3—4  года  при  переходе  к  0,13-мкм  процессу  стало  применяться  излучение  с  длиной  волны  193  нм  от  эксимерного  лазера.  «Вдогон  за  0,13-мкм  может  последовать  0,09-мкм  процессор,  в  котором  будут  применены  эксимерные  лазеры  с  длиной  волны  в  157  нм»,  предполагал  Бор.  Следующий  шаг  после  порога  0,09  мкм  был  связан  с  преодолением  нешуточного  технологического  и  производственного  барьера  с  освоением  0,07-мкм  технологии.

На  данном  этапе  развития  фотолитографического  процесса,  по  всей  вероятности,  понадобится  излучение  от  источников,  работающих  в  чрезвычайно  далёкой  области  УФ-спектра.  Длина  волны  должна  составить  всего  13  нм,  что  в  перспективе  технологов  тается  надежда  о  составление  более  маленьких  транзистеров.  В  данной  ситуации,  трудность  заключается  в  том,  что  в  реальное  время  нет  готовых  материалов  для  приготовления  фотошаблона,  который  бы  смог  пропустить  свет  с  подобно  короткой  длиной  волны.  Решения  этого  очень  простое  —  нужно  создать  новые  процессы  отражательной  литографии  и  оптика,  применимая  для  работы  в  далекой  области  УФ-спектра.

Соединительные  проводники  меж  транзистерами  будут  становиться  тоньше  и  располагаться  ближе  друг  к  другу,  их  сопротивление  и  взаимная  вместимость  вырастет  по  мере  роста  числа  транзистеров,  и  в  следствии  чего  возрастут  задержки  при  распространении  сигналов.  Использование  для  напыления  проводников  меди  за  место  алюминия  будет  для  того,  чтобы  сократить  противодействие  и  уменьшить  ширину  соединительных  проводников  в  узких  местах.  Это  уже  произошло  с  кристаллами  Power  PC  G3  компании  IBM.

«АMD  начало  использовать  медь  в  новых  микросхемах»,  подтверждала  главный  технолог  фирмы  АMD  Атик  Раза  уже  в  1999  году.

Бор  же  гласил,  что  медные  станут  использоваться  в  грядущих  микропроцессорах  Intel,  выполненных  с  тех.мерками  0,13  мкм  и  меньше.

Параллелизм  и  закон  Мура.

Свойство  систем  в  компьютерной  науки,  при  которой  несколько  вычислений  выполняются  в  одно  и  тоже  время,  и  при  этом,  вполне  вероятно,  взаимодействуют  друг  с  другом  получило  название  параллелизм.  Данные  вычисления  могут  выполняться  на  отдельно  физических  процессорах  или  на  нескольких  ядрах  одного  чипа  с  разделением  времени  потоков  вычислений  на  одном  процессоре.  Разработаны  ряды  математических  моделей,  в  том  числе  сети  Петри,  для  выполнения  параллельных  вычислений,  исчисление  процессов,  модели  параллельных  случайных  доступов  к  вычислениям  и  модели  акторов.

Необходимость  использования  параллельных  вычислений  связано  с  тем,  чтобы  получить  возможность  задействовать  на  практике  ту  дополнительную  вычислительную  мощность,  которую  предвещает  закон  Мура.  Чтобы  на  новеньких  процессорах  старые  однопоточные  приложения  работали  быстрее  без  каких-либо  изменений  в  программном  коде,  на  протяжении  нескольких  долгих  лет,  производители  процессоров  каждодневно  старались  увеличить  тактовую  частоту  и  параллелизм  на  уровне  инструкций.  В  данный  момент  по  различным  причинам,  к  использованию  многоядерной  архитектуры  склонны  многие  производители.  Чтобы  получить  всю  выгоду  от  увеличившейся  производительности  ЦП,  программы  обязаны  переписываться  в  соответствующем  стиле.

Тактовая  частота  процессора  определяется:

1.  числом  вероятных  обращений  процессора  к  оперативной  памяти  в  единицу  времени;

2.  числом  двоичных  операций,  совершаемых  процессором  в  единицу  времени;

3.  количеством  тактов,  производимых  процессором  в  единицу  времени;

4.  скоростью  обмена  информацией  между  процессором  и  ПЗУ.

Технологии  в  массы.

Парадоксальная  ситуация  образовалась,  благодаря  головокружительным  темпам  развития  микропроцессоров  и  двуликостью  рынка  компьютерных  технологий  (hаrd  &  soft).  В  это  время  к  смене  технологий  физического  производства  микрочипов  не  готовы  не  только  большинство  конечных  пользователей,  но  и  производители  ПО.  В  настоящее  время  ЦП  обладают  необычайно  большой  вычислительной  мощностью,  которой  будет  достаточно  для  выполнения  любых  персональных  задач,  кроме  3D  игр  и  узко-  специализированных  приложений.  Постоянная  смена  компьютерных  комплектующих,  вызванной  не  их  физическим  устареванием  или  неспособностью  выполнять  задачи  пользователя,  а  лишь  как  следствием  закона  Гордона  Мура,  обернулась  обычным  пользователям  ПК.

Таблица  1. 

Перспективные  планы  выпуска  процессоров  с  1999  года  по  2011  год

Закон  Мура  в  действии

Вычислительная  мощность  компьютеров  увеличивается  с  поразительно  высочайшей  и  потрясающе  неизменной  скоростью.

Новые  технологии  обеспечат  стабильность  этой  тенденции  и  в  будущем.  Главный  управляющий  и  председатель  правления  Intel,в  прошлом,  Энди  Гроув  предвестил  на  осенней  конференции  “Соmdeх'96”,  что  к  2011  году  компания  станет  выпускать  микропроцессор  с  количеством  в  1  млрд.  транзисторов  и  тактовой  частотой  10  ГГц,  которая  будет  изготовлена  по  0,07-мкм  полупроводниковой  технологии,  а  также  он  будет  способен  выполнять  100  млрд.  операций  в  секунду.  На  самом  деле,  этого  не  случилось,  если  изучить  текущее  состояние  дел.  То  есть,  тактовая  частота  и  технология  производства  еще  не  достигнута,  но  процессоры  уже  имеют  1  млрд.  транзисторов.

«В  будущем  при  внесении  серьезных  перемен  в  конструкцию  процессора  или  смене  технологии  на  более  безупречную  для  увеличения  числа  транзисторов  понадобится  более  18  месяцев»,  так  считает  основоположник  и  главный  редактор  журнала  “Microprocessor  Report”  Майкл  Слейтер.  Это  будет  вызвано  как  усложнением  логики  микросхем,  что  в  итоге  может  привести  к  увеличению  времени  для  проектирования  и  отладки,  а  также  и  потребностью  преодолевать  все  более  серьезные  технологические  барьеры  при  изготовлении  ИС.

Таблица  2. 

Сравнительный  анализ  процессоров  Entel  за  2000—2014  гг.

Диаграмма  2.  Развитие  процессоров  Entel  за  последние  13  лет

Можно  предположить,  что  закон  Мура  соблюдается  и  в  наше  время,  если  все–таки  делать  выводы,  которые  будут  касаться  развития  процессоров  за  последние  14  лет,  Основная  заслуга  —  это  переход  к  многоядерной  структуре  процессоров.  Это  позволит  приостановить  темп  развития  данной  отрасли  в  рамках  закона  Мура.  В  итоге,  можно  сказать,  что,  в  ближайшие  5-10  лет  закон  всё  ещё  будет  актуален.

Список  литературы:

1.Барыбин  А.А.,  В.А.  Бахтина,  В.И.  Томилин,  Н.П.  Томилина.  Физико-химия  наночастиц,  наноматериалов  и  наноструктур:  Учеб.  пособие  /  Красноярск  :  СФУ,  2011.  —  236  с. 

2.Гагарина  Л.Г.  Технические  средства  информатизации:  учеб.  пособие  /  М.:  ИД  ФОРУМ,  2010.  —  256  с. 

3.Гвоздева  В.А.  Информатика,  автоматизированные  информационные  технологии  и  системы:  Учебник  /  М.:  ИД  ФОРУМ:  ИНФРА-М,  2011.  —  544  с.

4.Розин  В.М.  Социальное  проектирование  в  эпоху  культурных  трансформаций  .М.  :  ИФРАН,  2008.  —  272  с.

5.Соломенчук  В.Г.  Железо  ПК  2011  СПб.:  БХВ-  Петербург,  2011.  —  373  с.

6.Угрюмов  Е.П.  Цифровая  схемотехника:  учеб.  пособие  для  вузов3-е  изд.,  перераб.  и  доп.  СПб.:  БХВ-Петербург,  2010.  —  809  с.