اینتل چگونه در سال‌های آینده به قانون مور پایبند می‌‌ماند؟

قانون مور که توسط گوردون مور،‌ از بنیان‌گذاران اینتل، ارائه شده است اعلام می‌کند شمار ترانزیستورهای روی تراشه‌ها با مساحت ثابت، پس از گذر هر ۲۴ ماه تقریبا دو برابر می‌شود. این قانون سال‌ها پیش به‌شکلی ویژه موردتوجه قرار می‌گرفت و از آن به‌عنوان معیاری مهم برای پیش‌بینی آینده‌ی صنعت میکروالکترونیک یاد می‌شد. بااین‌حال امروزه بسیاری از تحلیلگران معقتدند که به پایان دوران قانون مور نزدیک شده‌ایم. با همه‌ی این‌ها اینتل به‌عنوان یکی از غول‌های صنعت تراشه تمامی تلاش خود را به‌کار بسته است تا بتواند ایده‌ی قانون مور را زنده نگه دارد. اینتل به‌منظور زنده نگه داشتن این قانون می‌خواهد ۵۰ برابر ترانزیستور بیشتری را نسبت‌به آن‌چه که امروز می‌توان در تراشه‌ها جای داد، وارد تراشه‌هایش کند. 

پیشرفت قانون مور در طول تاریخ باعث شده است تراشه‌ها که در دهه‌ی ۱۹۶۰ میلادی قطعات بسیار گران‌قیمتی بودند، تا دهه‌ی ۱۹۸۰ میلادی وارد رایانه‌های شخصی شوند؛ به‌علاوه تحلیلگران می‌گویند به‌لطف همین قانون است که امروزه شاهد استفاده از تراشه‌ها در دستگاه‌های دیگری نظیر گوشی‌های هوشمند، ساعت‌های هوشمند، خودروها، تلویزیون‌های هوشمند، ماشین‌های لباس‌شویی و تقریبا تمامی دستگاه‌هایی که از انرژی الکتریکی استفاده می‌کنند هستیم.

در تراشه‌ها المانی با نام ترانزیستور وجود دارد که به‌منظور پردازش داده‌ها به‌کار می‌رود. قانون مور ازطریق کاهش ابعاد ترانزیستورها همچنان برقرار است. اینتل می‌گوید قصد دارد همچنان فرایند کوچک‌سازی ترانزیستورها را ادامه دهد و با انجام کارهایی مثل بسته‌بندی تراشه‌ها در بسته‌های چند لایه، تراکم ترانزیستورها را نیز بالاتر ببرد.

هفته‌ی گذشته مراسم آنلاینی با نام هات چیپس ۲۰۲۰ (Hot Chips 2020) برگزار شد و اینتل در جریان برگزاری آن، اخبار بسیاری مهمی درباره‌ی آینده‌ی پردازنده‌های مرکزی و پردازنده‌های گرافیکی خود اعلام کرد. راجا کودوری، معمار ارشد اینتل و رئیس واحد تجاری کارت گرافیک مجزا در این شرکت که سال ۲۰۱۷ از AMD جدا شد، در جریان برگزاری رویداد هات چیپس گفت اینتل باور دارد که طی سال‌های آینده می‌تواند به تراکم بسیار بیشتری برای ترانزیستور تراشه‌ها دست پیدا کند. راجا کودوری اعتقاد دارد که این چشم‌انداز دیر یا زود رنگ حقیقت به‌خود می‌گیرد؛ او می‌گوید برای رسیدن به آن روز ممکن است مجور باشیم یک دهه یا حتی بیشتر صبر کنیم. 

اینتل تنها شرکتی نبود که در هات چیپس حضور پیدا کرد؛ شرکت‌های دیگر حوزه‌ی تجهیزات نیمه‌هادی نیز در مراسم امسال حضور داشتند و اخبار هیجان‌انگیزی درباره‌ی آینده‌ی صنعت تراشه اعلام کردند. AMD، انویدیا، گوگل، مایکروسافت، IBM و شماری از استارتاپ‌های نسبتا نوپا راهکارهایی را به‌نمایش گذاشتند که با استفاده از آن‌ها می‌توان تراشه‌های عادی و تراشه‌های مخصوص مصارف سازمانی را بسیار پیشرفته‌تر کرد. به‌لطف این پیشرفت‌ها، تراشه‌ها خواهند توانست وظایف هوش مصنوعی، گرافیکی و شبکه را به‌شکلی بهتر به‌انجام برسانند. 

کودوری در سخنان خود به روش‌هایی اشاره کرد که اینتل می‌خواهد برای جای دادن ترانزیستورهای بیشتر درون تراشه، به آن‌ها متکی شود. اینتل خانواده‌ی جدیدی از پردازنده‌ها با نام تایگر لیک دارد که برپایه‌ی لیتوگرافی ۱۰ نانومتری ساخته می‌شوند و ظاهرا پاییز امسال ازطریق لپ‌تاپ‌ها دردسترس قرار می‌گیرند. رویکرد اول، سنتی‌ترین رویکرد است که تمامی شرکت‌های تراشه‌ساز از آن استفاده می‌کنند. در روش اول اینتل تلاش می‌کند ابعاد ترانزیستورها را کاهش دهد و آن‌ها را در فاصله‌ی کمتری نسبت‌به یکدیگر روی تراشه بگذارد. کودوری می‌گوید این روش، تراکم ترانزیستورها را به‌میزان سه برابر افزایش می‌دهد.

روش دوم، روی آوردن به طراحی جدید برای ساخت ترانزیستورها است. این طراحی‌های جدید باعث می‌شوند فرایند تبدیل ترانزیستورها از قطعات تخت به ساختارهایی سه‌بعدی که هم‌اکنون در حال پیگیری است، با سرعت بیشتر انجام شود. آن‌طور که کودوری می‌گوید، در این روش تراکم ترانزیستورها چهار برابر می‌شود.

در مرحله‌ی آخر به نوآوری‌ها در حوزه‌ی بسته‌بندی تراشه‌ها می‌رسیم. در این روش به‌لطف فناوری‌های به‌روز و پیشرفته، می‌توان تراشه‌ها را به‌صورت لایه‌لایه روی هم قرار داد. این روش نیز تراکم ترانزیستورها را چهار برابر می‌کند. محاسبات ریاضی ساده درنهایت به‌ما نشان می‌دهد که اینتل قصد دارد ازطریق روش‌هایی که به آن‌ها اشاره کردیم، تراکم ترانزیستورهای روی تراشه را به‌میزان تقریبا ۵۰ برابر افزایش دهد.

اینتل برای پای‌بند ماندن به قانون مور، بسیار خوش‌بین است؛ خوش‌بینی اینتل با چالش‌های متعددی که این شرکت طی سال‌های گذشته با آن‌ها دست‌و‌پنجه نرم کرده در تضاد است. اینتل در سال‌های نه‌چندان دور رهبر بی‌چون‌و‌چرای صنعت تولید تراشه بود، اما امروزه رقبای قدرتمندی همچون AMD دارد که در برخی حوزه‌ها از آ‌ن‌ها جا مانده است. اینتل طی چند وقت اخیر برای دستیابی به اهدافِ ازپیش‌تعیین‌شده‌اش با برخی مشکلات مواجه شد. گذار اینتل از تراشه‌های مبتنی‌بر لیتوگرافی ۱۴ نانومتری به تراشه‌های ۱۰ نانومتری به‌جای دو سال، پنج سال طول کشید. یک نانومتر معادل یک میلیاردم متر است؛ با قطعات ۱۴ نانومتری، اینتل می‌تواند حدودا ۷٬۰۰۰ ترانزیستور را در عرض یک موی انسان جای دهد. 

اینتل مدتی پیش در اطلاعیه‌ای غیرمنتظره اعلام کرد روی‌کارآمدن لیتوگرافی هفت نانومتری به‌میزان ۶ ماه به‌تأخیر افتاده است که با انتقادات شدید مواجه شد. نکته‌ی دیگر این است که اپل گفته قصد دارد تراشه‌های اینتل را در رایانه‌های سری مک کنار بگذارد و در بازه‌ی زمانی دو ساله، سراغ استفاده از تراشه‌های اختصاصی مبتنی‌بر معماری آرم برود. تمامی این موارد دست‌به‌دست هم داده‌اند تا فشار زیادی به اینتل وارد شود و تیم آبی دوران پرچالشی را بگذارند. اینتل برای جا نماندن از رقابت تصمیم گرفته رویکرد کاری خود را تغییر دهد و از این پس تولید برخی تراشه‌هایش را به رقبا بسپارد؛ تیم آبی در همین راستا با یکی از بزرگ‌ترین رقبایش یعنی شرکت صنایع نیمه‌هادی تایوان (TSMC) وارد همکاری تجاری شده است. 

TSMC حدودا دو سال پیش موفق‌ شد به لیتوگرافی هفت نانومتری دست پیدا کند و امروزه به‌عنوان تولیدکننده‌ی تراشه‌ی آیفون‌های اپل شناخته می‌شود. مدیران TSMC سال گذشته در یکی از مصاحبه‌های مهم خود گفتند قانون مور همچنان زنده است. بااین‌حال برخلاف سال‌های گذشته، مراحل پای‌بندی به قانون مور امروزه هزینه‌های جدیدی را به شرکت‌هایی که در پی پیاده‌سازی پیشرفته‌ترین لیتوگرافی‌ها هستند تحمیل می‌کند.

کنسول بازی ایکس‌باکس وان در سال ۲۰۱۳، ایکس‌باکس وان ایکس در سال ۲۰۱۷ و ایکس‌باکس سری ایکس که حدودا چهار ماه دیگر روانه‌ی بازار می‌شود، همگی دارای تراشه‌‌هایی با ابعاد تقریبا مشابه هستند. استفاده از تراشه‌های هم‌اندازه در گذشته بدین معنی بود که هزینه‌ی تولید آن‌ها نیز مشابه است؛ اما این قانون در دنیای امروز صدق نمی‌کند. جف اندروز، از طراحان تراشه در مایکروسافت، می‌گوید تراشه‌ی ایکس‌باکس سری ایکس به‌شکلی محسوس گران‌قیمت‌تر از تراشه‌ی به‌کاررفته در کنسول‌های قبلی است.

به‌غیر از هزینه‌های تولید، چالش دیگری نیز پیش‌روی شرکت‌ها قرار می‌گیرد. موضوع مهم که نباید فراموش کرد این است که تراشه‌های جدید در اغلب اوقات صرفا پردازش برخی وظایف کاری را تسریع می‌کنند. این گفته برای وظایفی نظیر پردازش‌های هوش مصنوعی و پردازش‌های گرافیکی بسیار مفید است، اما زندگی برنامه‌نویسان نرم‌افزار را سخت‌تر می‌کند، زیرا برنامه‌نویسان باید خودشان را با انواع پردازنده‌ها که به اَشکال مختلف کار می‌کنند، تطبیق دهند.

اینتل می‌خواهد با استفاده از نوعی لایه‌ی نرم‌افزاری جدید با نام oneAPI، تنوع یادشده در بین تراشه‌ها را کاهش دهد و کار برنامه‌نویسان را ساده‌تر کند. ساخت oneAPI حرکتی درخورتوجه ازسوی اینتل است و اهمیت زیادی دارد. اینتل شرکتی است که به‌طور ویژه در حوزه‌ی سخت‌افزار تخصص دارد، بااین‌حال می‌خواهد ازطریق oneAPI و به‌طور دقیق‌تر با اتکا بر نرم‌افزار، تراشه‌های مفیدتری را تولید کند. کودوری در بخشی از سخنان خود در مراسم هات چیپس ۲۰۲۰ گفت هرچه زمان می‌گذرد، نیاز بیشتری به متخصصان نرم‌افزار در تیم‌های معماری سخت‌افزاری حس می‌شود. 

مراسم هات چیپس امسال درکنار مواردی که گفتیم شامل اخبار مهم دیگری بود که برای علاقه‌مندان به صنعت تراشه اهمیت زیادی دارند. اینتل در بخشی از مراسم، جزئیات معماری پردازنده‌های خانواده‌ی تایگر لیک را تشریح کرد. اینتل می‌گوید خانواده‌ی تایگر لیک از نوعی فناوری جدید با نام DVFS (مقیاس‌گذاری ولتاژ و فرکانس به‌صورت پویا) برای کاهش مصرف انرژی استفاده می‌کند. نحوه‌ی طراحی به‌گونه‌ای است که قطعات مختلف تراشه‌ی اینتل می‌توانند برای انجام وظایف خاص، با قدرت پردازشی متفاوت کار کنند. این یعنی اگر یک کار خاص به قدرت پردازنده‌ی مرکزی نیاز بیشتری داشته باشد، تراشه به‌صورت خودکار فعالیت برخی قطعات دیگر را کند یا آن‌ها را به‌طور کلی خاموش می‌‌کند تا انرژی بیشتر دراختیار پردازنده‌ی مرکزی قرار بگیرد. اینتل با سیستم جدیدی که طراحی کرده، بسته به وظایف کاری، قدرت را در بین هسته‌های پردازشی، سیستم حافظه و دیگر قطعات اولویت‌بندی می‌کند.

AMD نیز در هات چیپس حضور داشت. تیم قرمز ادعا کرد پردازنده‌های خانواده‌ی رایزن ۴۰۰۰ که با کدنام رنویر شناخته می‌شوند، نخستین پردازنده‌های دنیا هستند که هشت هسته‌ی پردازشی را در لپ‌تاپ‌های فوق باریک قرار می‌دهند. اینتل در ابتدا برای ۶ هسته هدف‌گذاری کرده بود، اما با بررسی بیشتر به این نتیجه رسید که استفاده از هشت هسته کار بهتری است.

IBM در مراسم هات‌چیپس از پردازنده‌ی هفت نانومتری Power10 پرده‌برداری کرد که شامل ۱۸ میلیارد ترانزیستور است و سال آینده در قالب سرورهای عظیم Unix دردسترس قرار می‌گیرد. سازمان‌ها می‌توانند چندین تراشه‌ی Power10 را کنار هم قرار دهند تا به قطعه‌ی پردازشی قدرتمندی با ۲۴۰ هسته دسترسی پیدا کنند. همچنین استارتاپی با نام لایت‌مَتِر تراشه‌‌ی Mars را برای تسریع پردازش‌های هوش مصنوعی معرفی کرد.