Żegnaj elektroniko, witaj spintroniko

W 1965 roku w piśmie "Electronics" Gordon Moore opublikował swój słynny artykuł, w którym stwierdził: "Układy scalone pozwolą na zbudowanie takich cudownych urządzeń jak komputery domowe - lub przynajmniej domowe terminale podłączone do centralnego komputera - automaty kontrolujące pojazdy i osobisty przenośny sprzęt komunikacyjny". Analizując przyszłość przemysłu IT, Moore przewidywał: "spadający koszt będzie jedną z największych zalet zintegrowanej elektroniki, koszt ten będzie coraz bardziej spadał w miarę jak nowe funkcje będą implementowane na jednym kawałku półprzewodnika. Dla pojedynczego obwodu koszt jednego komponentu jest niemal odwrotnie proporcjonalny do liczby komponentów". Stwierdzenia te stały się znane jako Prawo Moore'a. Czterdzieści dwa lata później wciąż ono obowiązuje. Ale czy będzie ważne za, powiedzmy, 10 lat? Justin Rattner, wiceprezes ds. technologicznych Intela, odpowiada na to pytanie w poniższym wywiadzie.

IDG: Prawo Moore'a ma obecnie 42 lata i wciąż jest ważne. Ale czy nie zbliżamy się do jego fizycznej granicy?

Justin Rattner: Gdy ktoś pyta o to, czy Prawo Moore'a wkrótce przestanie obowiązywać, spoglądam wstecz na historię przemysłu IT. Pracuję w nim od ponad 30 lat i od dłuższego czasu żyję obok Prawa Moore'a. Tak naprawdę nigdy nie możemy przewidzieć, co się stanie w przemyśle technologicznym w perspektywie dłuższej niż 10 lat. A dlatego nie możemy nic powiedzieć, gdyż wiemy, że za 10 lat nastąpi kolejne 10 lat. Jeśli przyjrzymy się technologii 45 nanometrów, zobaczymy... liczne problemy związane z Prawem Moore'a, z którymi będziemy musieli się zmierzyć.

Cztery czy pięć lat temu mówiono, że Prawo Moore'a właśnie przestało obowiązywać, gdyż pojawił się problem z upływami energii. Ale przejście na materiały o wysokiej stałej dielektrycznej i wykorzystanie metali do budowy bramki tranzystora znacząco zredukowało upływy. A to tylko jeden przykład pokazujący, w jaki sposób rozwój technologii poradził sobie z problemem, który uznawaliśmy za ostateczną granicę naszych możliwości. A mógłbym opisać więcej takich technologii, które nie weszły jeszcze do produkcji. Mam tu na myśli na przykład trójbramkowe tranzystory. Obecne tranzystory są przymocowane do krzemu [są dwuwymiarowe - red.], trójbramkowy tranzystor znajduje się nad krzemem [jest strukturą trójwymiarową - red.]. I znowu... jest to jeden z przykładów poradzenia sobie z klasycznym problemem, który ograniczał wydajność tranzystorów.

Tym samym chcę powiedzieć, że za 10 lat tranzystory, które będziemy budowali, mogą nie przypominać tranzystorów, które budujemy dzisiaj.

IDG: Czy 80-rdzeniowy układ, o którym informowaliście, to przykład tych zmian technologicznych?

J. Rattner: Oczywiście! Sześć lub siedem lat temu Intel zaczął rozważać, jak poradzić sobie z ograniczeniami mocy. Powodowały one, że nie mogliśmy zwiększać wydajności procesora w sposób, w jaki dotychczas to robiliśmy. Wzrost zapotrzebowania na energię spowodowałby, że nie bylibyśmy w stanie schłodzić go wystarczająco niskim kosztem. W 2001 roku zaczęliśmy mówić o "granicy mocy" i zdecydowaliśmy się na nowe podejście do projektowania procesorów. Początkowo chodziło o stworzenie energooszczędnego procesora, a później... procesora wielordzeniowego. Dzisiaj mamy dwu- i czterordzeniowe procesory. W przyszłości pojawią się ośmiordzeniowe oraz wyposażone w jeszcze więcej rdzeni.

IDG: 16-, 32-rdzeniowe i tak dalej?

J. Rattner: Oczywiście. Sądzę, że będziemy świadkami takiej właśnie ewolucji. Będzie się ona odbywała w różnym tempie i dotyczyła różnych linii produktów. Myślę, że w przypadku procesorów dla notebooków i desktopów będzie ona przebiegała dość wolno i zostaną wyprodukowane 8-, 12- oraz, być może, 16-rdzeniowe układy. Jeśli zaś chodzi o high-endowe kości to będziemy świadkami szybkich zmian. To właśnie taki sposób myślenia pchnął nas do zaprojektowania 80-rdzeniowego procesora o bardzo dużej wydajności.

IDG: Czy sądzi pan, że przetwarzanie komputerowe może obyć się bez krzemu?

J. Rattner: Hmm... to bardzo prowokacyjne pytanie. W tej chwili trudno sobie wyobrazić sytuację, w której krzem nie jest podstawowym budulcem. To bardzo wszechstronny materiał i ciągle odkrywamy nowe sposoby na wykorzystanie kolejnych jego właściwości. W ubiegłym miesiącu ogłosiliśmy powstanie optycznego krzemowego modulatora, który umożliwia przesyłanie danych z prędkością 40 gigabitów na sekundę. Tak więc możemy teraz modulować sygnał optyczny i zakodować w nim dane z prędkością 40 gigabitów na sekundę. To niemal taka prędkość, jaką kiedykolwiek udało się uzyskać za pomocą jakiejkolwiek innej technologii. Krzem to potężny materiał i myślę, że zostanie głównym komponentem w przemyśle IT. A jako że powoli wprowadzamy nową architekturę tranzystora możemy wprowadzić też materiały, które nie posiadają natury krzemu.

Wracając do tranzystorów przymocowanych do powierzchni krzemu... Możemy na powierzchni zastosować inne materiały, zbudować tranzystor z innych materiałów lub też możemy zbudować urządzenia, które opierają się na innych właściwościach kwantowych niż ładunek elektryczny. Dzisiaj we wszystkim polegamy na ładunku elektrycznym. Ale badamy też inne zjawiska kwantowe. Nazywane jest to spintroniką. (od elektroniki bazującej na spinie. Spintronika wykorzystuje spin elektronów do reprezentowania zer i jedynek). Możliwe, że w przyszłości architektura układów będzie się opierała na spintronice. O ile nauczymy się wykorzystywać spin w układach scalonych.

IDG: Czy spintronika to synonim obliczeń kwantowych?

J. Rattner: Nie, nie, to dwie różne rzeczy. Dobrze, że pan o to pyta. Przetwarzanie kwantowe to inny sposób przeprowadzania obliczeń od tego, jaki obecnie wykorzystujemy. Bazuje ono na gęstości prawdopodobieństwa i może być przydatne do pewnych typów obliczeń, ale nie do tego, co robimy dzisiaj.


Zobacz również