قانون Koomey چیست و چگونه می‌تواند جای قانون مور را برای سازندگان تراشه بگیرد؟

Gordon Moore بنیان‌گذار و رئیس اینتل، شخصیست که برای اولین بار قانون مور را ابداع کرد. این قانون که از اواسط دهه 1960 آغاز شده و هنوز هم در حال جریان است، بیان می‌دهد که تعداد ترانزیستورهای موجود در یک تراشه، هر سال دو برابر می‌شود. اما در این زمینه ابهاماتی وجود دارد و درحالی‌که برنامه عرضه تراشه‌های 3 و 2 نانومتری توسط تولیدکنندگان تدوین شده است، سوال اصلی اینجاست که آیا در آینده قانون مور برای فرایند دشوارتر ۱ نانومتری و کوچک‌تر از آن نیز صدق خواهد کرد یا خیر؟ در اینجا با قانون جدید دیگری به نام قانون Koomey آشنا می‌شویم که از لحاظ اهمیت، جایگزین قانون مور برای تراشه‌سازان خواهد بود.

قانون Koomey چیست؟

طبق گفته Rob Aitken، مسئول فناوری‌های ARM(شرکتی که به معماری CPU معروف است)، در دوره‌ای که قانون مور در جریان بود، اندازه ترانزیستورها به‌طرز چشمگیری کاهش یافت. به‌عنوان مثال، پیش از این تنها 2250 ترانزیستور می‌توانستند درون فضایی با مساحت 12 میلی‌مترمربع قرار بگیرند. این روزها اما شاهد آن هستیم که بیش از صد میلیون ترانزیستور می‌توانند درون یک میلی‌مترمربع جای گیرند. تراشه M1 اپل که توسط TSMC و با استفاده از فناوری 5 نانومتری تولید شده است، دارای 16 میلیارد ترانزیستور می‌باشد.

اعتماد جهانی به TSMC می تواند ناامید کننده و فاجعه بار باشد

Aitken در وبلاگ ARM Blueprint بیان می‌کند:

“واضح است که نقشه راه فعلی در فناوری دیگر نمی‌تواند فقط بر افزایش قدرت پردازش تمرکز کند. بهره‌گیری از عملکردی بالا با استفاده از تراشه‌های فعلی، یک اولویت مهم محسوب می‌شود و عملکرد به‌إزای هر وات جاییست که موضوع مورد بحث خود را نشان می‌دهد. اما صحبت راجع‌به این مورد، فرای وات می‌باشد؛ اکنون صرف انرژي نیز اهمیت دارد، منظور همان مقدار توانیست که در طول مدت‌ها مصرف شده است.”

بنابراین در دوره‌ای که مور، واحد اندازه‌گیری قدرت پردازش یک تراشه به‌حساب می‌آید، قانون Koomey در سال 2010 ایجاد شد و تعداد محاسبات در هر ژول انرژی پراکنده را اندازه‌گیری می‌کند. از 1945 تا 2000، این تعداد هر 18 ماه دو برابر می‌شد(در هر دهه 100 برابر افزایش می‌یابد)؛ از آن زمان اما، این تعداد کاهش یافته و هر 2.6 سال(16 بار در هر دهه) دو برابر شده است.

همانطور که Aitken از ARM اظهار می‌کند: “قانون كومی مسلماً بیشتر مربوط به روشی است كه امروزه مصرف‌كنندگان از طریق محاسبات تجربه می‌كنند و روشی كه ما باید از طریق آن نقشه راه جدیدی را بسازیم. عمر دیجیتالی ما تمایل به گستردگی چندین دستگاه دارد، جایی كه عمر باتری و كارایی در هر وات به‌تنهایی مهم‌تر از عملکرد ناخالص به‌شمار می‌روند. به‌عبارت دیگر، در تلاش برای کاهش استفاده از کربن “به‌خاطر سیاره‌مان”، نقشه راه فناوری، دیگر نباید قدرت پردازشی را بالاتر از صرفه‌جویی در انرژی و پاک نگه داشتن سیاره قرار دهد.

قانون Koomey و عدم نیاز به قدرت مضاعف در آن

شاید جالب‌ترین اظهار نظر مدیر فناوری ARM در وبلاگ خود این باشد که “قانون مور و قانون کومی، قوانین طبیعی نیستند بلکه مشاهداتی در مورد جهت فناوری می‌باشند و ما می‌توانیم از آنها استفاده کنیم تا ببینیم که وضعیتمان درنهایت به‌کجا ختم می‌شود. قانون مور منجر شد سازندگان تراشه بر افزایش قدرت پردازش با گذشت زمان تمرکز کنند.

قانون کومی مربوط به این می‌شود که چه تعداد محاسبه برای هر واحد انرژی مصرف‌شده قابل اندازه‌گیری است. رعایت این “قانون” برای محیط زیست مطلوب بوده و Aitken بیان می‌کند که حداکثر عملکرد به‌إزای هر وات چیزیست که از ابتدا در DNA آن وجود داشته است. همانطور که ARM اظهار می‌کند:

“جریان ارتباطات به ضرر سیاره ما نیست. برای به‌حداقل رساندن تأثیرات زیست‌محیطی فناوری، ما می‌خواهیم از مهارت خود در محاسبات کم‌مصرف استفاده کنیم تا توان بیشتری در هر وات را انجام داده و فرصتی منحصربه‌فرد را برای افزایش ارتباط فراهم کنیم؛ درحالی‌که همزمان مصرف کربن را نیز کاهش داده‌ایم.”

علی‌رغم تمرکز جدیدی که بر روی محیط‌ زیست، صرف انرژی و پردازش کم‌مصرف شده است، قانون مور هنوز هم برای بقا فرصت دارد. TSMC امسال تراشه‌های 4 نانومتری و از نیمه دوم سال آینده، تراشه ۳ نانومتری خود را تولید خواهد کرد. شرکت تایوانی و رقیب آن، سامسونگ، قصد دارند این میزان را حتی به ۲ نانومتر نیز برسانند. اما مادامی‌که صنعت ساخت تراشه به سمت فرایند 1 نانومتری حرکت کند، همه چیز در هاله‌ای از ابهام قرار خواهد گرفت.

در گذشته، ارائه‌ی فناوری تولید تراشه جدیدی مانند EUV(لیتوگرافی ماوراء‌بنفش) به سازندگان اجازه می‌داد تا ویفرها را برای قراردادن میلیاردها ترانزیستور آماده کنند. فارغ از اینکه برخی از فناوری‌های جدید برای کمک به رعایت قانون مور توسعه یافته‌اند یا خیر، قانون کومی می‌تواند همچنان به شهرت خود ادامه دهد؛ چراکه سازندگان تراشه تمرکز خود را بر روی انرژی، بیش از توان پردازشی معطوف می‌کنند.

گوگل می گوید تداوم قانون مور با بهره گیری از هوش مصنوعی در طراحی تراشه‌ ها امکان پذیر است

نظر شما راجع‌به اصول بیان شده در قانون تازه‌وارد Koomey و تفاوت آن با قانون پا به سن گذاشته Moore چیست؟ به‌نظر شما قانون کومی می‌تواند استانداردی جدید را برای تولیدکنندگان تراشه در زمینه قدرت پردازشی و حفظ انرژي همزمان با به‌حداقل رساندن تأثیرات زیست محیطی ایفا کند؟