Потребности компьютеров и возможности мировой энергосистемы

Впервые это предположение было сделано в докладе Ассоциации производителей полупроводников (Semiconductor Industry Association – SIA), вышедшем в прошлом году, но известно о нём стало относительно недавно благодаря подготовленной Ассоциацией финальной версии оценки перспектив полупроводниковой индустрии.

Основная идея в том, что компьютерные чипы становятся более производительными благодаря большему количеству транзисторов, которым, в свою очередь, нужно всё больше энергии (несмотря на все усилия по повышению их эффективности). Производители полупроводников уверены в своей способности ограничить энергопотребление чипов благодаря умным инженерным решениям, однако, по мнению экспертов SIA, существующих на сегодняшний день технологий для этого явно недостаточно.

«До сих пор индустрии удавалось следовать закону Мура благодаря уменьшению транзисторов и увеличению их числа», – говорится в докладе, – но это же привело к их большей энергоёмкости и проблемам с охлаждением. Чем больше транзисторов на чипе, тем больше нужно соединений. Протяжённость таких соединений в самых передовых процессорах может достигать нескольких километров. Однако всё большее сжатие соединений сказывается на их эффективности».

По подсчётам экспертов SIA, в долгосрочной перспективе, а точнее, уже к 2040 году, если подходы к проектированию чипов не изменятся, компьютеры будут потреблять больше энергии, чем сможет произвести мировая энергосистема.

Суть проблемы отображена на графике внизу, демонстрирующем энергопотребление современных вычислительных устройств. Оранжевая «прогнозная» линия показывает, что энергетические потребности компьютеров превысят возможности энергетики где-то между 2035 и 2040 годами.

«Традиционные подходы к проектированию уперлись в законы физики. Снижение энергоемкости вычислительных процессов требует масштабных исследований по улучшению свойств материалов и компьютерной архитектуры в целом. При этом новые материалы и архитектура должны быть на несколько порядков эффективнее нынешних. Только в таком случае удастся предотвратить взрывной рост энергопотребления», – говорится в докладе SIA.

Более того, эксперты утверждают, что уже после 2020 года совершенствовать свойства чипов сегодняшними методами – за счет все большего уплотнения транзисторов, – станет экономически невыгодно, и это еще одна серьезная задача для инженеров и ученых. Масштабы проблемы велики, и вполне вероятно, что следующий скачек в эффективности компьютеров может быть связан со сферой, не имеющей прямого отношения к производству транзисторов. В таком случае закон Мура, по крайней мере в общих чертах, продолжит действовать в ближайшие десятилетия.

«Эта стена начала разрушаться в 2005 году. С тех пор у нас стало появляться все больше транзисторов, но их качество не слишком-то улучшалось, – говорит компьютерный инженер Томас Конте из Технологического Института Джорджии, – Речь не о том, что закону Мура приходит конец. Просто нужно сделать шаг назад и задуматься: а что действительно важно для нас? А важны для нас скорость и качество компьютерных вычислений».