Kam dál: Narážíme na limity křemíku?

Nejnovější generace grafik a procesorů je docela horká a docela žravá. To jednak není v časech energetické krize optimální, hlavně to ale přináší otázku: Blížíme se konečně k technologickým mezím křemíkových polovodičů?

Nejnovější generace grafik a procesorů je velmi výkonná, ale opět se nám vrací jev, který nevěští nic dobrého – totiž zvyšování spotřeby a s tím spojený růst provozních teplot. Ideální technologická změna je taková, kdy máme nárůst výkonu při snížení spotřeby. Té jsme zatím dosahovali hlavně zmenšováním tranzistorů, což mělo tři hlavní výhody:

1. Menších tranzistorů se vejde na stejnou plochu víc, což znamená, že struktury můžou být větší, více paralelizované a podobně.
2. Menší tranzistory jsou rychlejší, protože signál musí cestovat po kratší dráze.
3. Menší tranzistory vyžadují pro spínání menší množství energie.

Tyhle výhody jsme viděli v poslední době hlavně u SoC čipů pro mobilní telefony, u kterých generaci od generace narůstala výkonnost při velmi podobné spotřebě. Není to úplně reprezentativní, ale tabulka od Nanoreview ukazuje, jak razantně narostl výkon moderních SoC pro mobily. Mediatek Helio P35 kupříkladu vychází zhruba šestkrát pomalejší než Apple A16 – a navíc musíme zahrnout architekturální upgrady, jako je podpora pro hardwarové enkódování a dekódování.

Situace u stolních komponent se ale pomalu a jistě mění. Předně – zdá se, že změny architektury vedou k vylepšování výkonu nanejvýš o desítky procent. Už delší dobu se procesorové architektury upravují na základě instrukčního mixu, kdy se analyzuje, jaké instrukce se využívají častěji a optimalizuje se pro ně. Dál je možné zvyšovat počet jader, zvětšovat rozsah cache a podobně, ale to má svoje limity – a proto se kupříkladu zavedla pomalá a rychlá jádra, protože prostě není prostor neustále zvyšovat počet těch výkonných, která jsou složitější. Pomalá jádra jsou optimalizovaná pro běžné procesy na pozadí, navíc jejich nižší kmitočty dovolují snížit vydávané teplo, i když systém benefituje stále z vyššího počtu dostupných jader. 

„Tranzistory jsou patrně nejvyráběnější věc v dějinách lidstva,“ konstatuje výzkumník Bernd Geh. Od roku 1947 do roku 2014 jich lidstvo vyrobilo 9×10²⁰, což je víc než oněch proslulých „zrnek rýže na šachovnici,“ které po šáhovi žádal mudrc, který ho učil hrát šachy – a je to číslo jen o dva řády nižší, než je odhad viditelných hvězd v celém vesmíru.