Применим ли закон Мура к смартфонам в 2020 году?
Процессоры для смартфонов могут не обеспечивать максимальной производительности ПК и серверного оборудования, но эти маленькие чипы лидируют в отрасли с точки зрения производственного процесса. Чипы для смартфонов были первыми с размерами 10 и 7 нм, и похоже, что скоро они достигнут 5 нм. Передовые технологии производства открывают путь к повышению энергоэффективности, меньшего размера микросхем и более высокой плотности транзисторов.
Нельзя упоминать нанометры и плотность транзисторов, не говоря о законе Мура. Короче говоря, закон Мура предсказывает постоянный уровень совершенствования технологии обработки. Скорость сжатия чипов, от 14 до 10 нм и выше, часто сравнивают с прогнозами Мура, чтобы определить, замедляется ли технический прогресс.
Примерно с 2010 года появилось множество предсказаний о прекращении действия закона Мура. Так что посмотрим, правда ли это.
Что такое закон Мура?
Гордон Мур, соучредитель Fairchild Semiconductor и генеральный директор Intel в то время, опубликовал в 1965 году статью, в которой отмечалось, что количество транзисторов, упакованных в интегральные схемы, ежегодно удваивается. Предполагалось, что темпы роста сохранятся до 1975 года. В том же году он пересмотрел свой прогноз, предсказав удвоение количества транзисторов каждые два года.
Транзисторы – это небольшие электронные компоненты внутри процессоров и других интегральных схем, которые действуют как цифровые переключатели. Хотя это напрямую не связано с производительностью обработки, большее количество транзисторов указывает на более производительный чип. Либо с точки зрения производительности, либо с точки зрения разнообразных возможностей. Итак, теория Мура также предполагает, что возможности процессора также удваиваются примерно каждые два года.
Большая плотность транзисторов не обязательно приводит к повышению производительности и скорости.
Закон Мура сохранился благодаря сокращению технологии технологических узлов. Другими словами, транзисторы внутри микросхем имеют все меньшие и меньшие размеры. Технология производства изменилась с 6 мкм в 1976 году до 7 нм в 2019 году, что сделало тот же чип примерно в 850 раз меньше по сравнению с сегодняшними технологиями.
Еще одним важным фактором успеха закона Мура является масштабирование Деннарда. Основываясь на статье 1974 года, в соавторстве с Робертом Деннардом, это предсказывает, что производительность на ватт удваивается примерно каждые 18 месяцев из-за меньших размеров транзисторных ключей. Вот почему процессоры меньшего размера могут похвастаться улучшенной энергоэффективностью. Однако с 2000 года наблюдается замедление этой скорости. На более мелких узлах наблюдается постепенное снижение прироста энергоэффективности по мере того, как они достигают пределов физики.
Подсчет транзисторов
Не каждый производитель микросхем объявляет количество транзисторов внутри своих процессоров, поскольку само по себе это довольно бессмысленная статистика. К счастью, Apple и Huawei HiSilicon приводят приблизительные цифры для своих последних чипов.
Если посмотреть на количество необработанных транзисторов в современных SoC, то можно сказать, что отрасль лишь немного отстает от закона Мура. В 2015 году в Kirin 950 было около 3 миллиардов транзисторов. К 2017 году Kirin 970 будет иметь 5,5 миллиардов, что чуть не удвоится за два года, а затем до 10 миллиардов с Kirin 990 2019 года. Опять же, всего несколько процентов меньше, чем удвоить количество транзисторов за два года.
В 2015 году тогдашний генеральный директор Intel Брайан Кржанич отметил, что удвоение количества транзисторов заняло около двух с половиной лет. Похоже, что мобильная индустрия, возможно, немного быстрее, но примерно на том же уровне – чуть более двух лет на удвоение.
Однако, когда мы вычисляем плотность транзисторов на квадратный миллиметр, SoC для смартфонов на самом деле очень хорошо справляются с предсказанием Мура. В период с 2016 по 2018 год Huawei почти утроила количество транзисторов на квадратный миллиметр с 34 до 93 миллионов. Это произошло благодаря переходу с 16-нм на 7-нм технологию. Точно так же последний Kirin 990 содержит 111 миллионов транзисторов на 1 мм², что почти в два раза больше, чем у 10-нанометрового Kirin 970 2017 года – 56 миллионов на мм². Примерно то же самое можно сказать и о росте плотности Apple за эти годы.
Закон Мура по-прежнему применяется, но он начинает напрягать.
Закон Мура по-прежнему применим к чипам современных смартфонов. Удивительно, насколько точным остается прогноз 1975 года в 2020 году. Переход на 5 нм ожидается в конце 2020 года и в 2021 году, поэтому мы продолжим видеть улучшение плотности транзисторов в течение следующего года или около того. Однако производителям микросхем может оказаться труднее перейти на 3 нм и меньше к середине и концу десятилетия. Вполне возможно, что закон Мура все равно не сработает до 2030 года.
А как насчет производительности?
Количество транзисторов – это одно, но это не очень хорошо, если мы не выиграем от более высокой производительности. Мы составили список различных тестов, чтобы узнать, улучшилась ли производительность смартфонов за последние несколько лет и где.
Общая производительность системы, измеренная с помощью Antutu, предполагает, что пиковая производительность удвоилась в период с 2016 по 2018 год и почти удвоилась в период с 2017 по 2019 год. Результаты Basemark OS указывают на очень похожую тенденцию для самых высокопроизводительных наборов микросхем.
Если присмотреться к ЦП, то в 2018 и 2019 годах наблюдается явный скачок в производительности одноядерных процессоров благодаря внедрению более быстрых процессоров Arm Cortex-A и меньших технологических узлов. Похоже, здесь действует закон Мура. Графический процессор рассказывает знакомую историю: с 2016 по 2018 год производительность увеличилась более чем вдвое. В моделях с 2017 по 2019 год улучшения снова не дотягивают до удвоения.
В целом есть намеки на то, что производительность больше не увеличивается вдвое каждые два года. Хотя прибыль не так уж и далека. В ближайшие годы нам нужно будет изучить больше данных, чтобы подтвердить любое замедление прироста производительности.
Для чего нужны все эти транзисторы?
Изучение производительности CPU и GPU по отдельности не совсем корректно отражает то, как наборы микросхем используют постоянно растущее число транзисторов. SoC для смартфонов – это все более сложные устройства, оснащенные беспроводными модемами, процессорами сигналов изображения (ISP) и процессорами машинного обучения, среди других компонентов.
За последние пару лет качество обработки изображений значительно улучшилось, число поддерживаемых датчиков также растет. Все это требует более мощного и крупного интернет-провайдера. Чипы также обладают более быстрой интегрированной скоростью 4G LTE, а некоторые также предлагают интегрированную поддержку 5G. Не забывая про улучшения Bluetooth и Wi-Fi, которые также занимают место на кремнии. Машинное обучение или «ИИ» процессоры также становятся все более мощными и популярными во всем, от систем распознавания лиц до компьютерной фотографии.
Чипы для смартфонов стали мощнее, функциональнее и плотнее, чем когда-либо. Все благодаря тому, что закон Мура остается живым и здоровым в сфере смартфонов. По крайней мере на данный момент.
Источник записи: https://www.androidauthority.com