A Lei de Moore está morta, viva a Lei de Moore

A Lei de Moore completa 50 anos na próxima semana - tornando este um momento oportuno para revisitar a predição clássica de Gordon Moore, sua elevação a um pronunciamento quase divino nos últimos 50 anos e a questão de o que, se é que alguma coisa, a Lei de Moore pode nos ensinar sobre o futuro da computação. Meu colega David Cardinal já discutiu a própria lei, Bem como a evolução inicial do circuito integrado. Para ter uma noção de onde a Lei de Moore pode evoluir no futuro, nos sentamos com o litógrafo, instrutor e cientista, Dr. Christopher Mack. Pode parecer estranho falar sobre o futuro da Lei de Moore com um cientista que meio de brincadeira brindou à sua morte há apenas um ano - mas uma das marcas da “Lei” é a forma como foi reinventada várias vezes nos últimos cinquenta anos .

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Sistema / 360 da IBM. Foto cortesia da Wikipedia



Em umartigo recente, Dr. Mack argumenta que o que chamamos de 'Lei de Moore' é, na verdade, pelo menos três leis diferentes. Na primeira era, chamada de Lei 1.0 de Moore, o foco estava em aumentar o número de componentes em um único chip. Um exemplo simples pode ser encontrado na evolução do próprio microprocessador. No início da década de 1980, a grande maioria das CPUs só podia realizar matemática inteira no dado. Se você quisesse realizar cálculos de ponto flutuante (ou seja, cálculos feitos usando um ponto decimal), você tinha que comprar uma unidade de ponto flutuante independente com sua própria pinagem e soquete de placa-mãe (em placas-mãe compatíveis).



Alguns de vocês também devem se lembrar que nos primeiros dias do cache da CPU, o cache em questão era montado na placa-mãe (e às vezes atualizável), não integrado ao chip da CPU. O termo bus “front-side” (que ia do controlador Northbridge para a memória principal e vários periféricos) foi originalmente contrastado com o “bus back-side”, que ia para o cache da CPU a partir da própria CPU. A integração desses componentes na matriz nem sempre cortou custos - às vezes, o produto final era realmente mais caro - mas melhorou muito o desempenho.

O VAX Digital

VAX 11/780 da Digital. Em muitos aspectos, a máquina CISC consumada.



A Lei 2.0 de Moore realmente ganhou força em meados da década de 1990. A Lei de Moore sempre teve um parceiro mais silencioso, conhecido como Dennard Scaling. Dennard Scaling declarou que conforme os transistores se tornavam menores, sua densidade de potência permanecia constante - o que significa que transistores menores exigiam menos tensão e corrente mais baixa. Se a Lei de Moore tivesse declarado que seríamos capazes de incluir mais transistores na mesma área, Dennard Scaling garantiu que esses transistores seriam mais frios e consumissem menos energia. Foi o Dennard Scaling que quebrou em 2005, quando a Intel, AMD e muitos outros fornecedores deixaram de enfatizar o escalonamento baseado em clock, em favor de adicionar mais núcleos de CPU e melhorar o desempenho de CPU de thread único.

De 2005 a 2014, a Lei de Moore continuou - mas a ênfase era em melhorar o custo reduzindo as despesas de cada transistor adicional. Esses transistores podem não funcionar mais rapidamente do que seus antecessores, mas geralmente eram mais eficientes em termos de energia e menos caros de construir. Como o Dr. Mack aponta, grande parte dessa melhoria foi impulsionada pelo desenvolvimento de ferramentas de litografia. À medida que os rendimentos do wafer de silício dispararam e a produção de fabricação aumentou, o custo total de fabricação (por transistor) caiu, enquanto o custo total por milímetro quadrado caiu lentamente ou permaneceu quase o mesmo.

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Lei de Moore escalando através da era clássica.



A Lei de Moore 3.0, então, é muito mais diversa e envolve a integração de funções e recursos que nunca foram vistos historicamente como parte das funções da CPU. O regulador de voltagem on-die da Intel, ou a integração adicional de circuitos de energia para melhorar as características de ociosidade e carga da CPU, pode ser pensado como uma aplicação da Lei de Moore 3.0 - junto com algumas das funções de aprendizado profundo da Nvidia, ou seu impulso para mover tecnologia de processamento de câmera sobre o mesmo núcleo de silício que alimenta outras áreas do núcleo.

Dr. Mack aponta para ideias como nanorrelays - pequenos, minúsculos interruptores móveis que podem não girar tão rapidamente quanto a lógica digital, mas não vazam energia de uma só vez. Se tais tecnologias serão integradas em projetos de chips futuros é uma incógnita, e a pesquisa que está sendo despejada nelas é mais incerta. É inteiramente possível que uma empresa gaste milhões tentando implementar melhor um projeto em lógica digital ou adaptar princípios de semicondutores a outros tipos de projeto de chip, apenas para descobrir que o produto final é apenas incrementalmente melhor do que a parte anterior.

A natureza mutável da Lei de Moore

Há um argumento contra essa mudança no uso que é mais ou menos assim: a Lei de Moore, divorciada das palavras reais de Gordon Moore, não é a Lei de Moore de forma alguma. Mudar a definição da Lei de Moore muda de uma declaração científica confiável para um termo de marketing mesquinho. Essas críticas têm mérito. Como a velocidade do clock, contagens de núcleos, densidades de transistores e resultados de benchmark, a Lei de Moore, em qualquer forma, está sujeita a distorção. Eu estou simpático a este argumento - quando chamei a Lei de Moore de morta no passado, Tenho me referido a isso.

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Uma crítica a essa perspectiva, no entanto, é que as camadas extras de chocolate foram adicionadas há muito tempo. O artigo original de Gordon Moore não foi publicado em O jornal New York Times para consumo público - era um documento técnico destinado a prever a tendência de longo prazo dos fenômenos observados. As fundições modernas continuam focadas em melhorar a densidade e cortar o custo por transistor (tanto quanto possível). Mas o significado da 'Lei de Moore' rapidamente mudou de uma simples declaração sobre custos e linhas de tendência de densidade e foi apresentado como uma tendência abrangente que governava quase todos os aspectos da computação.

Até isto A tendência geral começou a mudar em 2005, sem qualquer ajuda indevida dos departamentos de marketing. No início, a Intel e a AMD se concentraram em adicionar mais núcleos, mas isso exigia suporte adicional de fornecedores de software e ferramentas de desempenho. Mais recentemente, as duas empresas têm se concentrado em melhorar a eficiência energética e cortar a energia ociosa para melhor caber nos envelopes de energia móvel. A Intel e a AMD fizeram um trabalho incrível reduzindo o consumo de energia ocioso no nível da plataforma, mas o consumo de energia da CPU em plena carga caiu muito mais lentamente e as temperaturas máximas da CPU dispararam. Agora toleramos temperaturas de carga total de 80-95C, em comparação com as temperaturas máximas de 60-70C há menos de uma década. Os fabricantes de CPU e fundições merecem crédito por construir chips que podem tolerar essas temperaturas mais altas, mas essas mudanças foram feitas porque o Dennard Scaling que subjaz ao que Dr. Mack chama de Lei 2.0 de Moore já havia falhado.

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A escala do transistor continuou muito depois do IPC e da velocidade do clock terem basicamente estabilizado.

Mesmo uma pessoa com mentalidade de engenharia pode apreciar que cada mudança na definição da Lei de Moore acompanhou uma mudança profunda na natureza da capacidade de computação de ponta. A Lei 1.0 de Moore nos deu o mainframe e o minicomputador. A ênfase da Lei de Moore 2.0 no desempenho por transistor e na escala de custos inaugurou a era do microcomputador em ambas as encarnações de desktop e laptop. A Lei 3.0 de Moore, com seu foco em custos em nível de plataforma e integração total do sistema, nos deu o smartphone, o tablet e a indústria nascente de wearables.

Vinte anos atrás, o ritmo da Lei de Moore significava transistores mais rápidos e velocidades de clock mais altas. Agora ele atua como uma abreviatura para melhor duração da bateria, frequências de reforço mais altas, retornos mais rápidos ao modo inativo (0W é, em certo sentido, o novo 1 GHz), telas mais nítidas, fatores de forma mais finos e, sim - desempenho geral superior em alguns casos, embora não tão rapidamente quanto a maioria de nós gostaria. Ele perdura como um conceito porque representa algo muito maior do que o desempenho de um transistor ou as características elétricas de um portão.

Após 50 anos, a Lei de Moore se tornou uma abreviação cultural para a própria inovação. Quando Intel, Nvidia ou Samsung se referem à Lei de Moore neste contexto, eles estão se referindo à aplicação contínua de décadas de conhecimento e engenhosidade em centenas de produtos. É uma forma de reconhecer a enorme colaboração que continua a ocorrer desde a linha de fabricação até a sala de estar, resultado de uma pesquisa meticulosa que visa trazer os recursos de uma plataforma um pouco mais de acordo com o que os usuários desejam. Isso é marketing? Pode apostar. Mas isso não somente marketing.

A Lei de Moore está morta. Viva a Lei de Moore.

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