Dennard skálázási törvénye

A Dennard-féle skálázási törvény  a számítástechnika fejlődésének empirikus törvénye : " a tranzisztor méretének csökkentésével és a processzor órajelének növelésével arányosan növelhető a teljesítmény."

Egy 1974-es tanulmányban fogalmazódott meg, amelynek egyik társszerzője Robert Dennard volt [1] . Dennard kutatásai során be tudta mutatni, hogy a MOS struktúrákban nagy lehetőség rejlik a miniatürizálásra: a lineáris méretek csökkentésével arányosan csökkenthető a kapura ható feszültség, miközben a tranzisztor kapcsolási tulajdonságai megmaradnak, a kapcsolási sebesség is megnövekedett. Más szóval, minél kisebb a tranzisztor, annál gyorsabban tud váltani; minél gyorsabban tud kapcsolni a tranzisztor, annál gyorsabban fut a processzor. Ez azt jelenti, hogy a tranzisztor méretének csökkentésével és a processzor órajelének növelésével egyszerűen növelhető a teljesítménye.

Ebből egy jóslat következett, amely több évtizedre meghatározta a technológia jövőjét: a termelékenység növeléséhez szükséges a sűrűség, a frekvencia növelése és az energiafogyasztás csökkentése [2] .

A skálázásról szóló cikk nemcsak kifejtette Moore törvényét , hanem ki is terjesztette: maga Moore törvénye beszél a sűrűség növeléséről (vagyis az egységnyi területre jutó tranzisztorok számáról), de nem arról, hogy ez a teljesítmény növekedéséhez vezet. Dennard érdeme, hogy korrelálta a skálázást a teljesítménnyel, és ha Moore állította be a vektort a félvezetőipar fejlődéséhez, akkor Dennard pontosan elmagyarázta, hogyan kell az ő irányába haladni. Azóta a vezető folyamatosan csökkenő szélessége (technológiai tényező) a mikroprocesszor-technológiai ipar fejlődésének fő mutatója lett.

2006 óta a törvény be nem tartása

2005-2007 körül a méretezési törvény leállt. Így 2016-ban a tranzisztorok száma még tovább nőtt, de a processzorteljesítmény növekedési üteme lelassult. Ennek fő oka az, hogy ahogy a tranzisztorok egyre kisebbek, a szivárgó áramok egyre több problémát okoznak: a mikroáramkör felmelegedéséhez vezetnek, ami viszont a processzor termikus túlhajtásához és meghibásodásához vezet. Így a skálázási törvény a leosztott processzorteljesítmény bizonyos határain nyugszik ( eng.  power wall ), amely után a processzorok túlmelegednek és működésképtelenné válnak. Ezeket a határokat pedig lehetetlen túllépni a nem hagyományos, terjedelmes és drága hűtőrendszerek használata nélkül. Ennek eredményeként 2006 óta a tömeges mikroprocesszorok frekvenciája nem nőtt körülbelül 4 GHz fölé.

A Dennard-törvény be nem tartása, és ennek következtében a processzorok órajelének növelésének képtelensége arra késztette a gyártókat, hogy egy másik alternatíva felé forduljanak: a többmagos processzorok gyártásához . Így a tranzisztorok Moore-törvényének köszönhetően megnövekedett költségvetését már nem magának a számítási magnak a teljesítményének növelésére költik, hanem ezen magok számának növelésére a processzorban és más komponensek elhelyezésére a processzor hordozóján ( többszintű cache , video rendszer , hálózati interfészek , speciális gyorsítók), amelyeket előtte külön kellett elhelyezni a táblán.

Jegyzetek

  1. Dennard, Robert H.; Gaensslen, Fritz; Yu, Hwa-Nien; Rideout, Leo; Bassous, Ernest; Le Blanc, Andre. Ionimplantált MOSFET-ek tervezése nagyon kis fizikai méretekkel  //  IEEE Journal of Solid State Circuits : Journal. - 1974. - október ( SC-9. köt. ).
  2. McMenamin, Adrian A Dennard-skálázás vége (2013. április 15.). Hozzáférés dátuma: 2014. január 23. Az eredetiből archiválva : 2014. február 21.

Linkek