Jistoty končí, technologie narazila na své hranice

MAGAZÍN - Magazín autor: Jan Horčík

Svět kolem nás se rychle mění a dosavadní jistoty mizí v propadlišti dějin. Mezi nimi i slavný Moorův zákon, který až dosud říkal, že výkon počítačových čipů se bude každé dva roky zdvojnásobovat.

Malý stavebnicový počítač Arduino Uno

Malý stavebnicový počítač Arduino Uno,zdroj: ThinkStock

Poslední půlstoletí se lidé pracující v oblasti informačních a komunikačních technologií mohli spolehnout na jednu bytostnou jistotu - že se výkon počítačových čipů každé dva roky zdvojnásobí, zatímco cena se bude naopak exponenciálně snižovat. Tzv. "Moorův zákon" definoval v krátkém článku pro magazín "Electronics" v roce 1965 Gordon E. Moore, spoluzakladatel společnosti Intel.

Moore v roce 1965, v samotných začátcích výroby mikroprocesorů, napsal, že se počet tranzistorů na jednom takovém čipu zdvojnásobí přibližně každý rok. O deset let později, v roce 1975, svou tezi poupravil na "každé dva roky".

A tak tomu až dosud skutečně bylo. Jenže v posledních několika letech se výrobci čipů dostávají do úzké uličky, resp. na samotné fyzikální a technologické hranice.

Brian Krzanich, současný šéf Intelu, byl proto nedávno nucen přiznat, že éra Moorova zákona se nejspíš blíží ke konci. A že vývoj nových typů čipů jim bude trvat déle než dosud běžné dva roky.

Ostatně, jiní odborníci bijí na poplach už delší dobu a upozorňují, že neustálé zmenšování tranzistorů nemůže pokračovat donekonečna.

Gordon Moore

Rodák ze San Francisca oslavil letos 3. ledna své 87. narozeniny. V roce 1968 spolu s Robertem Noycem založil společnost Intel, ve které působil jako výkonný ředitel a prezident až do roku 1987. Firma se mezitím stala největším výrobcem mikročipů na světě. Od roku 2000 se Moore věnuje charitě v nadaci, kterou založil se svou ženou Betty. Jeho majetek je odhadován na 6,7 miliardy dolarů.

moores-920x460-moore

Gordon Moore,zdroj:Archiv

V současné době se vyrábějí tranzistory široké 14 nanometrů (nanometr = miliardtina metru). Během následující dekády se je podaří zmenšit ještě na pět nanometrů. To je zhruba šířka buněčné membrány. Bude to ale stát obrovské peníze.

Vývoj technologií schopných vyrábět tak malé tranzistory je extrémně nákladný. Kromě fyzikálních limitů tak procesory narazí i na ekonomické meze. Vyrábět je menší a menší se už prostě nebude vyplácet.

Jsou tu ale i další důvody. Výkon počítačových čipů dnes dosáhl takové úrovně, že pro nejběžnější použití už to není ten nejpodstatnější atribut.

Mnohem víc se dnes řeší energetická spotřeba procesorů, a to ve dvou vzájemně opačných rovinách. Jednak je to spotřeba čipů určených pro přenosná zařízení. Takové procesory musejí mít minimální spotřebu elektřiny a zároveň musí být velmi malé. S ohledem na výkon lze dělat kompromisy.

Naopak v oblasti serverů a datových center na velikosti až tak nezáleží. Co se počítá, je výkon a nově také spotřeba. Tisíce takových procesorů dohromady v datových centrech už totiž tvoří slušnou zátěž jak pro chladící systém, tak napájecí rozvodnou síť. A obojí znamená zvýšené náklady pro provozovatele datových center. Podle některých odhadů dnes tvoří počítačové servery až 10 procent světové spotřeby elektřiny.

Výrobci čipů se i přesto snaží najít nové cesty, které umožní výrobu čím dál tím výkonnějších čipů. Zkoumá se jich dnes celá řada, ale žádnou zatím vědci a vývojáři nedotáhli do takového stavu, aby bylo možné ji prakticky nasadit. Jde například o paralelizaci, tedy využití více procesorů najednou. K tomu bude ovšem potřeba nový software. Nebo 3D čipy, kdy se do jednoho čipového pouzdra vloží více čipů nad sebe. Zde se ale objevuje problém s chlazením.

Experimentuje se také s využitím uhlíkových nanotrubiček, grafenu a jiných nových materiálů pro konstrukci rychlejších a energeticky méně náročných čipů. Například uhlíkové nanotrubičky jsou až 1000x méně energeticky náročné než současné technologie. A pak jsou tu samozřejmě kvantové počítače, které pracují na úplně jiných principech než ty dnešní.

V souvislosti s koncem Moorova zákona se však také objevují hlasy, které tvrdí, že šlo o sebenaplňující se "proroctví". A firmy jako Intel chrlily nové čipy jen proto, aby každé dva roky mohly zprostředkovaně přes výrobce počítačů a další elektroniky prodávat koncovým uživatelům stále nové a nové zboží.

Pokles cen pak byl dán především ekonomikou masové výroby čipů. Ostatě, i sám Moore přiznal, že nic nemůže trvat věčně, natož exponenciální růst. "Někdy se to musí zastavit," řekl u příležitosti 50. výročí vydání svého článku.

Na současný vývoj lze pak nahlížet i tím způsobem, že jsme se prostě ve výrobě mikročipů během uplynulého půlstoletí natolik zlepšili, že není divu, že jsme narazili na fyzikální limity.

Protože kdyby šel vývoj i v dalších oblastech průmyslu tak rychle, mohli bychom dnes například běžně využívat extrémně účinné solární články (přes 50 procent) a ne ty s účinností kolem 15 procent. Místo toho se ale fotovoltaika řídí tzv. "Swansonovým zákonem", který říká, že cena solárních panelů klesá pokaždé, co se zdvojnásobí jejich vyrobené množství.

Kdo ví, třeba jednou podobný osud postihne i mikroelektroniku.

Autor je šéfredaktor www.hybrid.cz

Tagy: zahraničí domácí počítače moderní technologie věda a technika informační technologie

Zdroje: Vlastní