Prawo Moore'a. Jacek Izydorczyk. nothing is more practical than a good theory. Lev B. Levitin

Wielkość: px

Rozpocząć pokaz od strony:

Download "Prawo Moore'a. Jacek Izydorczyk. nothing is more practical than a good theory. Lev B. Levitin"

Mirosław Anatol Kasprzak
6 lat temu
Przeglądów:

1 Prawo Moore'a Jacek Izydorczyk nothing is more practical than a good theory. Lev B. Levitin

2 Prawo Moore a

3 Number of transistors SX SX 486 P P3 Ppro P2 P4 Prawo Moore a SL 10 5 Pentium P Years Liczba tranzystorów rośnie dwukrotnie co 26 miesięcy

4 Jak długo jeszcze? In the early 1990s, experts agreed that scaling would continue for at least a decade but that beyond that point the future was murky. In 2003, we still believe that scaling will continue for at least another decade. The future is yours to invent. Niel H.E. Weste, David Harris, CMOS VLSI Design, Adisson Wesley 2005

5 Jak długo jeszcze? A thermodynamical effect, the increasing thermal noise voltage (Johnson Nyquist noise) on decreasing characteristic capacitances, together with the constrain of using lower supply voltages to keep power dissipation manageable on the contrary of increasing clock frequency, has the potential to break abruptly Moore s law within 6 8 years, or earlier. L. B. Kish, End of Moore s law: thermal (noise) death of integration in micro and nano electronics, Phys. Lett. A, 305, (2002),

6 Gęstość mocy

7 Motywacja R.P. Feynman, Wykłady o obliczeniach, Prószyński i S-ka, Warszawa 2007

8 Granica Landauer a R. Landauer: Irreversibility and Heat Generation in the Computing Process, IBM J. Res. Develop., vol. 5, no. 3, 1961, reprinted in IBM J. Res. Develp., vol. 44, no. 1/2, Jan./March 2000, pp

9 Granica Landauer a b T kln2 Energia przypadająca na bit T - temperatura Entropia układu dwustanowego k stała Boltzmanna

10 Potwierdzenie A. Bérut, A. Arakelyan, A. Petrosyan, S. Ciliberto, R. Dillenschneider & E. Lutz, Experimental verification of Landauer s principle linking information and thermodynamics, Nature 483, (8 marca 2012).

11 Potwierdzenie A. Bérut, A. Arakelyan, A. Petrosyan, S. Ciliberto, R. Dillenschneider & E. Lutz, Experimental verification of Landauer s principle linking information and thermodynamics, Nature 483, (8 marca 2012).

12 Potwierdzenie A. Bérut, A. Arakelyan, A. Petrosyan, S. Ciliberto, R. Dillenschneider & E. Lutz, Experimental verification of Landauer s principle linking information and thermodynamics, Nature 483, (8 marca 2012).

13 Minimalna energia potrzebna na przetworzenie 1 bitu k 23 1,38 10 J/K T 300K Granica Landauer a b 17.8 mev

14 Obecna wartość energii rozpraszanej podczas przetwarzana 1 bitu Rozpraszna moc cieplna P b N f s Liczba tranzystorów Częstotliwość taktowania

15 Obecna wartość energii rozpraszanej podczas przetwarzana 1 bitu: b 288 ev dla P 100 W N fs 3.6 GHz albo 42 db powyżej granicy Landauer a

16 Liczba elektronów b 288 ev U cc 1V N U b cc 288

17 Trendy M.J. Ellsworth, Chip power density and module cooling technology projections for the current decade, IEEE Conference on Thermal and Thermomechanical Phenomena in Electronic Systems, ITHERM '2004, 2, (June 2004), GHz Pole (cm 2 ) Moc (W) Rok

18 Chłodzenie Mahajan et al.: Cooling a Microprocessor Chip, Proceedings of the IEEE, Vol. 94, No. 8, August 2006

19 Chłodzenie Sharp et al.: Solid-State Thermoelectric Refrigerators and Possible Applications to On-Chip Thermal Management, Proceedings of the IEEE, Vol. 94, No. 8, August 2006

20 Chłodzenie Mahajan et al.: Cooling a Microprocessor Chip, Proceedings of the IEEE, Vol. 94, No. 8, August 2006

21 Chłodzenie Sharp et al.: Solid-State Thermoelectric Refrigerators and Possible Applications to On-Chip Thermal Management, Proceedings of the IEEE, Vol. 94, No. 8, August 2006

22 Kompozyty grafenowe K. JAGANNADHAM, Thermal Conductivity of Copper-Graphene Composite Films Synthesized by Electrochemical Deposition with Exfoliated Graphene Platelets, METALLURGICAL AND MATERIALS TRANSACTIONS B, VOLUME 43B, APRIL 2012

23 Chłodzenie Bar-Cohen et al.: Direct Liquid Cooling of High Flux Micro and Nano Electronic Components, Proceedings of the IEEE, Vol. 94, No. 8, August 2006

24 Chłodzenie Bar-Cohen et al.: Direct Liquid Cooling of High Flux Micro and Nano Electronic Components, Proceedings of the IEEE, Vol. 94, No. 8, August 2006

25 Chłodzenie M.Garimella et al.: On-Chip Thermal Management With Microchannel Heat Sinks and Integrated Micropumps, Proceedings of the IEEE, Vol. 94, No. 8, August 2006

26 Chłodzenie M.Garimella et al.: On-Chip Thermal Management With Microchannel Heat Sinks and Integrated Micropumps, Proceedings of the IEEE, Vol. 94, No. 8, August 2006

27 Model bramki logicznej

28 Klasyczna bramka CMOS we. T1 T2 Vdd wy. Vdd R C Vr Vc Vdd Vc Vr E q V C V dd 2 dd

29 Pomysł bramki adiabatycznej

30 Model bramki logicznej

31 Przepustowość kanału Gaussa Przepustowość kanału Stosunek średniej mocy Sygnału do średniej mocy szumu C f log 1 SNR 2 Szerokość pasma częstotliwości Zajmowanych przez kanał

32 Przepustowość kanału Gaussa R b R log 1 b b N f 0 f 2

33 Dozwolone prędkości bitowe

34 Model tranzystora MOS Statystyka Maxwella E b Poziom Fermiego żródło a Statystyka Fermiego dren

35 Stopa błędów w systemie z modulacją BPSK P b (e) 0.5 erfc s N 0 Energia symbolu Gęstość widmowa mocy szumów

36 Stopa błędów w systemie z modulacją BPSK P( e) log( e)

37 Stopa błędów w systemie z modulacją BPSK Liczba bitów przetworzonych na sekundę i na cm 2 Moc rozpraszana na cm 2 M P 2 erfc M kt Liczba błędów na sekundę na cm 2

38 Stopa błędów w systemie z modulacją BPSK 1 erfc x x 2 x b kt kt P

39 Rozwiązanie graficzne Probability of error P b (e) x x 0 0 x erfc( x) log( b / kt) 10log( x)

40 Rozwiązanie (przybliżone) analityczne b kt P 3 ln ln( x0) 2 kt 2 lub b kt P ln kt

41 energy per bit (ev) b Zależność od mocy rozpraszanej i stopy błędów 1 cm-2s -1 P = 100 W/cm T 358 K T 300 K T 358 K 1.2 T 273 K 1.1 T 300 K T 273 K P (W/cm 2) (errors/cm 2/s)

42 Temperatury kriogeniczne Ptotal P T T T dev dev P T T dev P P kt ln P 2 kt dev

43 Temperatury kriogeniczne T 4K T 300 K dev kw error P 1 1 cm 2 s cm 2 b 1.3 ev

44 Miara złożoności M W 100 P cm 18 bit ev s cm M W cm 100 bit 2 P ev s cm b 2

45 Przyszłość M 26(miesięcy) log 2 M lat

46 R b / f (bit/symbol) Dalsza przyszłość granicashannon a KBS BS z decyzj i miękkimi K am krok 1 (~23dB) krok 3 (~2dB) krok 2 (~16dB) log( /( ktln2)) b 100

47 Wnioski Technologia elektronowa weszła w okres ograniczenia przez rozpraszane ciepło. Minimalna energia niezbędna do przetworzenia niezakodowanego bitu wynosi 1-1.5eV (margines 23dB) 16 lat. Margines do granicy Landauera (Shannona) (17.8 mev) wynosi 19.5dB 14 lat. Termiczna śmierć technologii 30 lat.

Podobne dokumenty

Obliczenia inspirowane Naturą

Obliczenia inspirowane Naturą Wykład 12 - Algorytmy i protokoły kwantowe Jarosław Miszczak IITiS PAN Gliwice 19/05/2016 1 / 39 1 Motywacja rozwoju informatyki kwantowej. 2 Stany kwantowe. 3 Notacja Diraca.