Nauka » Strumien Danych - Wiadomosci Naukowe

Need for speed

czwartek, 15 października 2009

Prawo Moora mówi, że prędkość procesorów podwaja się co dwa lata. Gordon Moore współzałożyciel Intela wzrost prędkości komputerów przewidział 40 lat temu i do dziś jego prawo działa. Najszybsze obecne procesory są szybsze od swoich odpowiedników sprzed 10 lat mniej więcej 30 krotnie.

Jak długo jeszcze będzie działało prawo Moora? Czy istnieje granica prędkości procesorów? Okazuje się, że tak. Za około 75 lat powinniśmy ją osiągnąć. Jakiekolwiek dalsze ulepszenia układów obliczeniowych na nic się już nie zdadzą. Szybkość wykonywania obliczeń ma takie samo ograniczenie jak prędkość światła. Szybciej się już nie da.

Procesor Intel Core i7

Dowiedli tego dwaj fizycy Lev Levitin i Tommaso Toffoli z Uniwersytetu Bostońskiego w Massachusetts, USA. Na początku lat 80 Levitini przedstawił kwantową operację elementarną, czyli podstawowe zadanie, jakie mógłby wykonywać komputer kwantowy. W pracy opublikowanej w prestiżowym Physical Review Letters Levitini i Toffoli policzyli, ile czasu kwantowemu komputerowi zajmie wykonanie elementarnej operacji. To określa granicę prędkości komputerów. Stosując swoje równanie naukowcy dowiedli, że idealny komputer kwantowy z każdej porcji energii jest w stanie wykonać 10 biliardów (czyli 10 do potęgi 15) operacji na sekundę więcej niż najszybsze współczesne procesory. A to oznacza, że maksymalna prędkość procesorów to mniej więcej 30 ZHz – zetta Hz.

Niezależnie od tego, jakie procesory będziemy budować, czy będą miały 100 czy więcej rdzeni, jak gęsto będą upchane tranzystory, to i tak szybciej się nie da. Najszybsze z możliwych, czyli komputery kwantowe to na razie przyszłość. A przed ich zbudowaniem czeka nas jeszcze wiele problemów technologicznych do rozwiązania. Są one bowiem bardzo wrażliwe na „szumy”. Nawet niewielki wzrost temperatury poważnie zakłóca ich działanie.

Prędkość komputerów będzie rosła zgodnie z prawem Moora. Nie zmieni się tylko jedno. Specyficzny sposób komunikacji z działem pomocy IT

Pracownik: moja poczta nie działa, jak mogę zgłosić usterkę?
Informatyk: proszę wysłać do mnie maila.

źr InsideScience.org

Czytaj także:

Zobacz gdzie »

Tagi:

Drukuj | Poleć znajomemu | Dodaj do:

Komentarze do artykułu: 4 Dodaj nowy komentarz

WZ (conan_barbarian@op.pl)

2009-10-20 16:55:03

W artykule dokonano konfuzji dwóch pojęć. Mianowicie nie należy mieszać prędkości taktowania procesorów z ich mocą obliczeniową. Nie można napisać, że prędkość procesora to „herce” („maksymalna prędkość procesorów to mniej więcej 30 ZHz”)! Przykładowo, prezentowany na zdjęciu, procesor Core i7 jest taktowany zegarem (od 2.66 do 3.33 GHz) takim samym jak procesory sprzed 3 lat, natomiast jego moc obliczeniowa jest zdecydowanie większa, co właśnie jest zgodne z prawem Moor’a. Prawo Moor’a odnosi się do mocy obliczeniowej lub złożoności struktury układu scalonego (liczby tranzystorów). Nie można też szybkości wykonywania obliczeń wiązać bezpośrednio z prędkością światła, gdyż w pierwszym przypadku mamy jednostkę [operacje/s] , a w drugim [m/s]. Obliczenia mogą być wykonywane równolegle, co właśnie ma miejsce w Core i7 i jest bezpośrednią przyczyną obecnego wzrostu mocy obliczeniowej. Procesor ten posiada 4 rdzenie i tryb HT, co powoduje, że jest widoczny w systemie operacyjnym jako procesor 8-rdzeniowy. Należy zaznaczyć, że wspomniane rdzenie mają kilka potoków wykonawczych, które umożliwiają równoległe przetwarzanie. Prawo Moor’a przestanie kiedyś działać, ale przewidywanie przyszłości na więcej niż 5 lat do przodu jest wróżeniem z fusów.

Andrzej Szozda

2009-10-20 20:37:19

Bardzo dziękuję za niezwykle interesujący komentarz. Ma Pan niewątpliwą rację, że prawo Moora odnosi się do mocy obliczeniowej a nie do częstości zegara. Podanie liczby z Zetta Hercach było zabiegiem dziennikarskim mającym na celu pokazanie dystansu jaki dzieli nas od granic sprawności procesorów.
Ponadto, jak Pan zapewne zauważył kres możliwości obliczeniowych komputeró odnosi się do nieistniejącychy obecn ie komputerów kwantowych. Rzecz jasna przewidywanie kresu możliwości klasycznych procesorów na dłużej niż pięc lat może być istotnie wróżeniem z fusów. O ile wiem już w tej chwili trawją prace na procesorami, które mają nawet 80 rdzeni. Kiedyś jednak nastapi kres ich rozwoju (zapewne gdy dojdziemy do wielkości w skali nano). O ile dobrze zorzumieałem materiał źródłowy - a nie jestem w wykształcenia informatykiem - autorzy liczyli kres możliwości włąśnie komputerów kwantowych w których prędkość światłą ma znaczenie. A dokłądniej liczyli ile elementarnych operacji można wykonać z jednej porcji energii. I dlatego wyszła im liczba 75 lat.
Aby byc precyzyjnym niektórzy naukowcy uważają, że kres sprawnosci komputerów - także tych kwantowych może nastąpić za lat 20 a nie 75.
Granica mcy obliczeniowej jest, jak rozumiem z materiału źrodłowego i starałem się to przekazać w artykule zależna od podstawowych praw fizyki i o jej określenie chodziło naukowcom.
Jak Pan rozumie popularno naukowe artykuły muszą zawierać pewne przyliżenia i uproszeczenia by unaocznić zwykle zbyt skomplikowane i abstrakcyjne rozważania teoretyczne.

Jeszcze raz dziekuję za niezwykle fachowy i wyczerpujacy komentarz. Dla dziennikarza zajmującego się popularyzacjhą nauki takie komentarze to jak miód na skołatane serce.
Serdecznie pozdrawiam i zachęcam do czytana stron nauka.polskieradio.pl i do komentowania. Szczególnie komentowania krytycznego.

Witold Żorski

2009-10-20 21:24:08

Cieszę się bardzo z pozytywnego przyjęcia uwag. W kwestii komputerów kwantowych jestem jednak bardzo sceptyczny, gdyż już 25 lat temu prognozowano koniec ery krzemu i nadejście ery komputerów kwantowych, czego (jako uczeń) słuchałem z zapartym tchem. Mamy A.D. 2009 i nadal nic działającego nie można nazwać komputerem kwantowym. Nawet więcej! Era „cudownego” arsenku galu, który miał być już dawno sukcesorem krzemu, jakoś nie nastała (no może trochę w wojsku). Obecnie „standardowy” pecet za marne (jak na taki skarb) 2000zł udostępnia moc w okolicach 10 gigaflops, a najpotężniejszy komputer świata (IBM Roadrunner) przekroczył 1 petaflops. Nadal jednak mamy krzem – ten stary poczciwy krzem, o którym kiedyś chyba mówiono: „z piasku bicza nie ukręcisz”, a z którego produkuje się układy, których cena czasem przekracza cenę złota tej samej wagi. Niestety krzem nie jest niezwyciężony – obecnie mamy technologię 45nm, za rok będzie to 32nm, następnie: 2012-22nm, 2014-15nm, 2016-11nm, 2018-8nm; ten ostatni przypadek to już nanoelektronika i budowanie struktury procesora niemal atom po atomie. Przyszło nam żyć w bardzo ciekawych czasach (może nawet za bardzo) i zwykły człowiek może sobie pozwolić na prywatne laboratorium w domu, którym można uczynić właśnie niepokonanego peceta na niepokonanym (chwilowo) krzemie.

Pozdrawiam

Andrzej Szoda

2009-10-20 21:47:10

Ma Pan oczywiście rację. Krzem jest podstawą współczesnych komputerów i pewnie jeszcze długo pozostanie. Jakiś czas temu głośno było o komputerach biologicznych imitujących strukturę mózgu. Okazało się to trudniejsze niż sądzono, choć czytałem o eksperymencie, eksperymencie którym wypreparowane komórki szczurzego mózgu sterowały symulatorem samolotu. Do grupy komórek były doprowadzone elektrody, który podawano bodźce i te sieci wydawały polecenia do sterowników. A wiec coś w rodzaju prostego komputera.
Co do komputeró kwantowych, to podstawy teoretyczne są. I to dość mocne. Ale podobnie mocne podstawy są do fuzji termojądrowej i jak na razie mimo lat prób ( a nawet oszustw dotyczących zimnej fuzji) nikomu nie udało się zrobić nawet prototypu działającego reaktora. Nie przeszkadza to jednak wydawać miliardów euro na projekt ITER.
Bardziej intuicyjnie niż naukowo, chciałbym stwierdzić, że komputery kwantowe pwstaną. Ta wizja wydaje mi się być przekonująca i chyba technologicznie możliwa. A sam Pan zauważył, ze prędzej niż później dojdziemy do granic nanoelektroniki i mniej niż atomami nie da się operować.I wetdy przyjdzie czas na kwantowe, chyba, że znajdziemy coś zupełnie przełomowego.
przełomowego swoją drogą zastanawiam się czy możliwe jest budowanie wielordzeniowych komputerów kwantowych i czy ktokolwiek o tym myślał. Jak już pisałem nie jestem informatykiem i nie potrafie tego jednoznacznie ocenić, ale jak znam naukę, to odpoweidż na jedno pytanie zawsze otwiera wiecej drzwi za którymi pojawiają się kolejne pytania.

Publikowane komentarze są prywatnymi opiniami użytkowników. Polskie Radio S.A. nie ponosi odpowiedzialności za ich treść. Komentarze zawierające wulgaryzmy (art. 3 Ustawy o języku polskim z dnia 7 października 1999r.), będą usuwane.

Polskie Radio SA: reklama| archiwum| studia muzyczne| Chór PR w Krakowie|

zamówienia publiczne|

RSS Podcast Kontakt Forum