Пойду завтра у сотрудников Никса поспрашиваю, чем архитектура ARM от x86 отличается, как битовый сдвиг влияет на скорость обработки данных да и зачем Мур свой закон придумал. Вместе посмеемся.

Комментарий читателя «Некомпьютерных новостей» сайта nix.ru

Десять лет назад мы опубликовали статью «ЗАКОН – МУРА». Речь в ней шла о законе того самого Гордона Мура, которого поминает наш смешливый читатель, хотя заголовок той статьи допускал перенос ударения на последнюю букву, правомочность чего подтверждалась соответствующими расчетами. Что изменилось с тех пор? Давайте посмеемся.



В классическом виде закон Мура гласит, что количество транзисторов, размещаемых на кристалле интегральной схемы, удваивается каждые 24 месяца. Поскольку стремительное совершенствование вычислительной техники считается основным драйвером развития земной цивилизации в последние десятилетия, то этот закон считается чуть ли не фундаментальным по своему значению для будущего человечества. Прогресс науки и техники прямо связывается именно с ним.

Выполнение закона Мура обычно проверяют на росте числа транзисторов в процессорах, чему посвящено достаточное количество статей и исследований, повторять которые смысла нет. Мы же решили пойти своим путем и проанализировать рост средней емкости жестких дисков стандартного форм-фактора 3,5 дюйма, благо НИКС располагает громадным массивом торговых документов с характеристиками винчестеров, которые прошли через нашу компанию в различные годы.

Расчет средней емкости винчестеров, взвешенной оборотом, проводился по следующей формуле:



Где
i – идентификатор документа и строки отгрузочного документа,
C _i — объем соответствующего винчестера,
N _i — соответствующее количество винчестеров в отгрузочном документе,
P _i — цена соответствующего винчестера в отгрузочном документе.

В 2012 году расчеты показали, что закон Мура чем дальше, тем больше начинал «тормозить»: если до 2007 года удвоение емкости происходило приблизительно за 16 месяцев, то затем темп удвоения упал приблизительно до 24,5 месяцев. Если же брать в расчет только те устройства, которые в каждом году являлись рекордсменами по плотности записи данных на пластину (что гораздо адекватнее отражает прогресс технологии), то удвоение плотности пластины происходило только через 4 года.

Спустя почти 10 лет после получения вышеописанных результатов мы решили дополнить старое исследование новыми данными, накопившимися с 2012 года. И вот что у нас получилось.



На этом графике показана логарифмическая функция средневзвешенного объема памяти жестких дисков. В среднем с 1996 года удвоение их емкости действительно происходит с характерным временем порядка двух лет, но эта временная характеристика не является константой. График явно распадается на три периода. (Небольшая «лунка» в 2011 году не должна смущать – это результат наводнения в Таиланде, во время которого пострадали крупные заводы по производству винчестеров).



На этом графике показаны три периода в темпах выполнения закона Мура для винчестеров. С 1996 по 2002 год удвоение средневзвешенного объема памяти жестких дисков, прошедших через НИКС, происходило за 13 месяцев. С 2002 по 2012 год этот срок возрос до 22 месяцев, а с 2012 по 2021 увеличился до 54 месяцев. (Этот показатель вычисляется в годах как ln(2)/{угловой коэффициент} прямых линий, соответствующих каждому из периодов.) Таким образом, можно сделать вывод, что дальнейшее развитие технологии хранения информации на винчестерах замедляется, причем довольно резко. Но главная проблема не в этом.

Стремительность прогресса вычислительной техники и до сего дня очень часто иллюстрируют культовой цитатой из журнала Scientific American 1983 года: «Если бы авиапромышленность в последние 25 лет развивалась столь же стремительно, как промышленность средств вычислительной техники, то сейчас самолёт Boeing 767 стоил бы 500 долл. и совершал облёт земного шара за 20 минут, затрачивая при этом пять галлонов (~18,9 л) топлива. Приведенные цифры весьма точно отражают снижение стоимости, рост быстродействия и повышение экономичности ЭВМ».

Эти расчеты выглядели эффектно в 1983 году, но если продлить в соответствии с классическим законом Мура ту же аналогию до 2021 года, то получилось бы, что самолет Boeing 767 сейчас стоил бы 0,095 цента и облетал земной шар за 2,3 миллисекунды, что, конечно же, абсурдно. И не потому, что самолет не может стоить так дешево, а потому что он не способен летать со скоростью, в 58 раз превышающей скорость света.

Это прекрасная иллюстрация того факта, что закон Мура в любом случае не может выполняться вечно, поскольку развитие любой технологии рано или поздно упирается в теоретический предел. Для полупроводниковой электроники таким пределом является размер атома, то есть один ангстрем. Однако, как мы указывали в нашей статье 2012 года, практически таким пределом является величина транзистора с характерным размером в 1 нм. Когда этот предел будет достигнут, качественное развитие полупроводниковой микроэлектроники прекратится и наращивать возможности вычислительной техники станет возможно только за счет размеров и энергопотребления устройств. Когда же наступит этот «конец света» при существующих темпах прогресса?



На графике выше показана дата «конца света» для винчестеров стандартного форм-фактора 3,5 дюйма. Средняя по обороту емкость винчестеров в конце 2002 года достигла 50 Гб, в конце 2012 – 1 Тб, в конце 2020 – 4 Тб. Этим цифрам соответствуют плотности записи примерно в 30 000 кв. нм/бит в 2002 г., 1500 кв. нм/бит в 2012 г. и 400 кв. нм/бит в 2020. Предел же совершенствования в практическом плане составляет величина 1 кв. нм/бит. Соответственно, на графике выше можно видеть, в каком году наступил бы «конец света» в зависимости от темпа удвоения числа транзисторов в том или ином периоде.

Например, при темпах прогресса, наблюдавшихся в 2003 году, мы отпраздновали бы «конец света» уже в 2018 году (2002+13(мес)/12(мес/год)*ln(30000)/ln(2) = 2018 год). А для 2020 года при текущем темпе удвоения плотности записи в 54 месяца «конец света» откладывается на 2059 год. График выше показывает динамику этой даты при усреднении «коэффициента Мура» за два и за четыре года. Скачок в районе 2011 года опять же связан с наводнением в Таиланде. В общем, «конец света» не только откладывается, но и, как ни странно, с годами не становится ближе. Если в 2000 году нас от него отделяло 18 лет, то сегодня – уже 39. То есть «конец света» полупроводниковой электроники становится все более далеким, а нарушение закона Мура делает погоню за ним безнадежным делом. Впрочем, перспективы развития нашей «полупроводниковой» цивилизации от этого не становятся более радужными. Предел совершенства ей явно не грозит, поскольку качественное развитие электроники при сохранении текущих тенденций остановится задолго до формального «конца света».


Источник: НИКС – Компьютерный Супермаркет