Джастин Раттнер: «Через десять лет транзисторы, которые мы будем делать, могут выглядеть совсем не так, как транзисторы, которые мы выпускаем сегодня. Это не означает конец действия закона Мура»В своей знаменитой статье, опубликованной в апреле 1965 года в журнале Electronics, Гордон Мур писал: «Прогресс технологии интегральных схем приведет к появлению таких удивительных вещей, как домашние компьютеры (или, по крайней мере, терминалы, подключенные к центральному компьютеру), автоматические средства управления автомобилями и персональные мобильные коммуникационные устройства». Анализируя будущее отрасли, он предсказал: «Снижение затрат — одно из основных достоинств микроэлектроники, и издержки начнут сокращаться по мере того, как технология будет развиваться и мы сможем реализовывать все больше и больше функций на одной полупроводниковой подложке. Для простых схем затраты на компонент почти обратно пропорциональны их числу». Впоследствии на эти высказывания стали ссылаться как на закон Мура. Сорок два года спустя этот закон по-прежнему остается верен. Но будет ли он действовать, скажем, лет через десять? Джастин Раттнер, директор по технологиям корпорации Intel, отвечает на этот вопрос.

Закон Мура по-прежнему действует. Но не приближается ли этот закон к своим физическим пределам?

Всякий раз, когда кто-нибудь говорит о том, что закон Мура достигает своих пределов, я вспоминаю историю развития отрасли. Я жил «по закону Мура» достаточно долго. Знаете, мы никогда не можем сказать, что произойдет в плане технологии через десять лет. И причина, по которой мы не можем сказать, что будет более чем через десять лет, заключается в том, что к концу этого периода мы увидим впереди следующие десять лет. Если вы взглянете на наши разработки с использованием нормы проектирования 45 нм, вы увидите… множество проблем, которые нам приходится решать для того, чтобы следовать закону Мура.

Четыре-пять лет назад говорили, что срок действия закона Мура подходит к концу из-за утечек. Переход от кремниевых транзисторов на транзисторы с затворами из диэлектрика с высокой диэлектрической проницаемостью и металлические затворы позволил в значительной степени решить эту проблему.

Это всего лишь один пример того, как технические инновации позволяют преодолеть то, что мы считали фундаментальным пределом. И я могу рассказать о множестве таких инноваций, хотя пока мы не внедрили их в производство. Например, это трехзатворные транзисторы, в которых впервые перешли от транзисторов, в основном состоящих из кремния, к транзисторам, которые находятся над кремниевой основой. И опять-таки это одна из классических проблем, мешающих заметно повысить производительность транзисторов.

Поэтому, как я сказал, через десять лет транзисторы, которые мы будем делать, могут выглядеть совсем не так, как транзисторы, которые мы выпускаем сегодня. Это не означает конец действия закона Мура.

Анонсированный Intel 80-ядерный процессор — это пример изменений в архитектуре транзисторов?

Совершенно верно! Шесть или семь лет назад мы начали говорить о том, как решить проблему ограничений на напряжение питания, которые крайне затрудняют увеличение производительности теми способами, которыми мы располагали тогда, поскольку энергия, которую излучали эти процессоры, могла оказаться больше, чем та, которую мы могли эффективно отводить. Поэтому в 2001 году мы подняли вопрос о пределе электропитания и решили искать новый подход к архитектуре процессоров, который предполагал использование более энергосберегающих процессоров, а затем и процессора, имеющего несколько ядер. Поэтому теперь у нас есть двух- и четырехъядерные процессоры. У нас будут восьмиядерные и даже процессоры с большим числом ядер.

Кроме того, думаю, что мы станем свидетелями различных тенденций в отношении частоты процессоров. Я думаю, что процессоры для мобильных и настольных систем будут иметь относительно невысокую частоту и в них будет 8, 12 и, может быть, 16 ядер. А затем, в группе систем старшего класса, как мне представляется, мы увидим значительное увеличение, и это было бы действительно серьезной мотивацией для проектирования 80-ядерного процессора с очень большими вычислительными возможностями.

Вы считаете, что будущее — за компьютерами без кремния?

Знаете, трудно сейчас представить, что в основном компоненте не будет кремния. Это универсальный материал, и мы открываем все новые и новые способы использовать его возможности. К примеру, мы разрабатываем множество оптических устройств на кремнии. Совсем недавно анонсировали оптический кремниевый модулятор с частотой 40 Гбит/с. Так что теперь мы можем модулировать оптический сигнал и прописывать в него данные со скоростью 40 Гбит/с, что примерно так же быстро, как это делают с помощью другой технологии. Думаю, кремний по-прежнему будет служить основой полупроводниковых устройств. И по мере того как мы переходим на новые структуры транзисторов, мы сможем предложить материалы, которые по своей природе не являются кремниевыми.

Поэтому я говорю о поверхностных транзисторах. Мы можем осаждать другие материалы на поверхности и создавать транзисторы из других материалов или мы можем разрабатывать устройства, в которых, помимо наличия или отсутствия заряда, используются квантовые свойства. Все, что мы делаем сегодня, — все это благодаря заряду, но при этом мы занимаемся исследованием вещей, базирующихся на определенных квантовых эффектах. Их называют спинтроникой (от «электроники, основанной на спинах»). В спинтронике для представления цифровой информации, ее нулей и единиц, используется спин электрона. Вполне возможно, что спинтроника станет основой будущей архитектуры, если мы сможем понять, как использовать эффект спина в полезных микросхемах и устройствах.

Вы употребляете термин «спинтроника» как синоним квантовых вычислений?

Нет-нет, это совершенно разные вещи. Квантовые вычисления — это совершенно иной вид вычислений, чем тот, что нам известен сейчас. Они основаны на статистическом поведении, обнаруженном в квантовой физике. Они могут быть полезны, но не очень подходят для того, что мы делаем сейчас.

Квантовые вычисления открывают возможности для реализации параллельных вычислений, которые очень эффективны. Но существует ограниченное число задач, которые могли бы быть решены с помощью таких вычислений, выполняемых квантовыми компьютерами.

Я же говорил о том, чтобы просто использовать одно из квантовых свойств. Спин особенно интересен, если вы можете управлять этими спиновыми эффектами в новых устройствах различного рода, и Intel ведет исследования и в этой области. Возвращаясь к закону Мура, можно сказать, что конец электроники на базе заряда может наступить через 10, 15 или 20 лет, если это вообще произойдет. Но мы заменяем электронику на базе заряда на систему на основе спинов. Я не знаю, можно ли в этом случае говорить о конце действия закона Мура.

Теперь я бы хотел вернуться к кремниевой фотонике. Вы не могли бы объяснить, что это такое?

Конечно. Становится все труднее увеличивать скорость передачи данных, когда мы пытаемся транслировать информацию по медным проводам. Вы знаете, что на печатной плате есть проводники. Они могут быть проложены на очень большие расстояния в центре обработки данных и даже за его пределами. Как всем хорошо известно, медный кабель, по-существу, проходит через все системные коммуникации. Однако сейчас все популярнее становится волоконно-оптический кабель. Такой кабель становится фактическим средством для связи на дальние расстояния. И он подходит все ближе и ближе и постепенно начинает «подбираться» к центрам обработки данных. Но стоит пока довольно дорого.

Поэтому опять-таки четыре-пять лет назад мы начали думать о возможности создания новых высокопроизводительных оптических устройств на кремнии. И мы разработали высокопроизводительные кремниево-германиевые фотодетекторы. Мы создали модуляторы, сначала поддерживающие 10 Гбит/с, а сейчас добились 40 Гбит/с. Мы сделали мультиплексоры и демультиплексоры и в прошлом году разработали технологию, получившую название «гибридный кремниевый лазер». Мы действительно создали электронный оптический лазер. Теперь мы находимся на том этапе, когда у нас есть источники света, модуляторы, мультиплексоры, демультиплексоры и детекторы. У нас есть полный сквозной оптический приемопередатчик, но мы должны объединить вместе эти устройства на одной микросхеме, и над этим мы как раз сейчас и работаем. Мы планируем продемонстрировать полный оптический приемопередатчик на кремнии в следующем году или около того.

Когда эта новая технология появится на рынке?

Возможно, что к концу десятилетия мы предложим на рынке кремниевые фотонные продукты. Если не в 2010 году, то, возможно, в 2011-м, но я думаю, что мы близки к завершению.

Люди хотят знать, что будут делать их будущие вычислительные устройства и когда появится та или иная новая функция. С какими прототипами вы работаете сейчас для того, чтобы понять, как они будут использоваться в следующем десятилетии?

Мы рассчитываем на целый спектр приложений, которые будут практически осуществимы только при наличии больших вычислительных ресурсов. Это согласуется с тем, о чем мы говорили ранее, о создании машин с очень большим числом ядер, подобных 80-ядерному процессору. Мы предполагаем целый спектр возможных применений, начиная от таких вещей, как слежение за значимыми движениями: видеокамеры смогут наблюдать, что вы делаете, и преобразовывать ваши движения в движение персонажа в компьютере. Например, если вы жестикулируете, то фигура в компьютере также жестикулирует, и если вы моргнули, то фигура в компьютере моргнет тоже. Это необходимо, чтобы уловить выражение лица, а также воспроизвести движение всего тела. Такое решение может стать основой для будущих игр или, например, таким образом вы сможете научить кого-то танцевать. Ваш виртуальный партнер — это компьютер.

Еще одно приложение, которое вызывает большой интерес, можно проиллюстрировать на примере прямой трансляции спортивных матчей. Компьютер следит за каждым из игроков, наблюдает командную игру и автоматически воспроизводит видеозапись самых ярких моментов. К примеру, вы говорите: «я хочу увидеть фотографии гола», или «я хочу увидеть штрафные удары», или «я хочу видеть этого игрока; покажите мне все эпизоды, в которых этот игрок владел мячом». Компьютер может все это сделать сам. Но, как вы можете себе представить, это требует огромного количества вычислений: следить за всеми игроками, анализировать движения, все, что происходит. Поэтому компьютер используется очень интенсивно, но через пять лет, возможно, такая функция появится в обычном телевизоре. Это два будущих приложения, ориентируясь на которые мы работаем.

Также мы экспериментируем с технологиями для устройств, которые вы сможете либо носить с собой, либо они будут размещаться под одеждой. Такие устройства будут, например, отслеживать ваше сердцебиение, дыхание, физическую активность и т. п.

В основном они будут предоставлять информацию о том, что следует изменить в вашем стиле жизни, или предупреждать вас, что состояние вашего здоровья требует, чтобы вы показались врачу.

Сейчас стали появляться действительно впечатляющие роботы, способные распознавать образы и речь. Некоторые из них, особенно те, что создаются для военных, могут двигаться, как живые. Вы не считаете, что приближается эпоха Терминатора или наступает эра разумных машин?

Вы сказали «эра разумных машин»? Да, я думаю, что в определенном смысле на этот вопрос можно ответить положительно. Носимые устройства, о которых я говорил только что, имеют самые разные формы. Сейчас вы можете положить их в свой карман или, к примеру, прикрепить на пояс. Такое устройство собирает все необходимые данные и делает выводы. Оно может сообщить, когда вы садитесь или встаете, находитесь в помещении или на улице, идете по лестнице вверх или вниз, а затем, на основе этих данных, может принять целый спектр других решений о том, что вы делаете. Я имею в виду, что, когда такое устройство изучает шаблоны вашего поведения, оно может определить, где вы — дома, на работе, ведете свой автомобиль или сидите на пляже.

Я думаю, что можно ожидать очень быстрого развития компьютерных систем, основанных на восприятии. Предполагаю, что в следующем десятилетии появятся устройства, которые будут основаны на компьютерном восприятии и будут вести себя подобно человеку. Это непременно произойдет.

Поделитесь материалом с коллегами и друзьями