Что именно замедлилось
Закон Мура — не физический закон и не обещание, что компьютеры каждый год становятся вдвое быстрее. Это наблюдение о том, что число транзисторов на микросхеме долгое время примерно удваивалось раз в несколько лет. Транзисторы — крошечные переключатели, из которых строятся вычислительные схемы. Их уменьшение позволяло размещать больше элементов на той же площади и часто снижать стоимость вычислений.
Но уменьшать их бесконечно нельзя. Чем плотнее расположены элементы, тем труднее отводить тепло и тем заметнее становятся ограничения производства и энергопотребления. Поэтому рост числа транзисторов уже не превращается автоматически в прежний прирост скорости: процессоры не могут просто бесконечно разгоняться без перегрева и лишних затрат энергии.
Зачем чипы складывают слоями
Один из способов продолжить развитие — размещать несколько слоёв микросхем друг над другом. Такой подход называют трёхмерной интеграцией. Вместо того чтобы разносить вычислительные блоки и память по большой плоской площади, инженеры могут расположить их ближе по вертикали и соединить множеством коротких контактов.
Это важно потому, что передача данных тоже требует времени и энергии. Если память находится рядом с вычислительным блоком, ему не приходится так часто «ездить» за данными по длинным дорожкам на плате или внутри чипа. В некоторых конструкциях слои также позволяют увеличить объём памяти, доступной процессору, не занимая столько места на поверхности кристалла.
У архитектуры есть цена
Стопка чипов не означает, что все задачи внезапно станут быстрее. Выигрыш зависит от того, как расположены компоненты и насколько хорошо отводится тепло: внутренним слоям труднее рассеивать его, чем плоской микросхеме. Производство таких устройств и соединение слоёв тоже сложны, поэтому трёхмерная компоновка не заменяет уменьшение транзисторов, а дополняет его.
Главный сдвиг — от надежды на один всё более быстрый универсальный процессор к сочетанию разных решений: компактных слоёв, специализированных блоков и более коротких путей для данных. Иногда заметный прогресс теперь начинается не с разгона чипа, а с того, что нужные части оказываются ближе друг к другу.
