Opinion: Are we reaching the limits of Moore’s Law? As costs increase, the future of the computing revolution is at risk

Opinion: Are we reaching the limits of Moore’s Law? As costs increase, the future of the computing revolution is at risk

क्रिस मिलर टफ्ट्स यूनिवर्सिटी में फ्लेचर स्कूल ऑफ लॉ एंड डिप्लोमेसी में अंतरराष्ट्रीय इतिहास के सहायक प्रोफेसर हैं और अमेरिकन एंटरप्राइज इंस्टीट्यूट में जीन किर्कपैट्रिक विजिटिंग फेलो हैं। वह . के लेखक हैं चिप वॉर: द फाइट फॉर द वर्ल्ड्स मोस्ट क्रिटिकल टेक्नोलॉजी.

जब गॉर्डन मूर को 1965 में भविष्य की भविष्यवाणी करने के लिए कहा गया, तो उन्होंने “इलेक्ट्रॉनिक कलाई घड़ी,” “होम कंप्यूटर” और यहां तक ​​​​कि “व्यक्तिगत पोर्टेबल संचार उपकरण” की कल्पना की।

लैंडलाइन और मैकेनिकल घड़ियों की दुनिया में, यह दृष्टि जेट्सन की उड़ने वाली कारों के समान दूर की लग रही थी। फिर भी फेयरचाइल्ड सेमीकंडक्टर में आर एंड डी चलाने वाले मिस्टर मूर की स्थिति से, जो उस समय सिलिकॉन चिप्स बनाने के नए उद्योग में सबसे गर्म स्टार्टअप था, उन्होंने महसूस किया कि लघु कंप्यूटिंग शक्ति में एक क्रांति चल रही थी। आज यह क्रांति खतरे में है, क्योंकि कंप्यूटिंग की लागत उस दर से नहीं गिर रही है, जिस दर पर यह पहले हुआ करती थी।

1 9 60 के दशक की शुरुआत में बाजार में लाई गई पहली चिप में केवल चार ट्रांजिस्टर थे, छोटे विद्युत स्विच जो सभी कंप्यूटिंग को रेखांकित करने वाले अंकों के तार का उत्पादन करने के लिए (1) और बंद (0) पर फ्लिप करते थे। सिलिकॉन वैली के इंजीनियरों ने जल्दी से सीख लिया कि सिलिकॉन के प्रत्येक टुकड़े पर अधिक ट्रांजिस्टर कैसे लगाए जाते हैं। उस दशक के मध्य में, श्री मूर ने देखा कि प्रत्येक वर्ष, प्रति ट्रांजिस्टर न्यूनतम लागत वाले चिप्स में पिछले वर्षों की तुलना में दोगुने घटक थे। छोटे ट्रांजिस्टर ने न केवल कंप्यूटिंग शक्ति में घातीय वृद्धि को सक्षम किया बल्कि इसकी लागत को भी कम कर दिया।

प्रत्येक चिप पर ट्रांजिस्टर की संख्या हर साल दोगुनी होने की उम्मीद को “मूर के नियम” के रूप में जाना जाने लगा।

साठ साल बाद, इंजीनियर अभी भी ट्रांजिस्टर को सिकोड़ने के नए तरीके खोज रहे हैं। सबसे उन्नत चिप्स में ट्रांजिस्टर को नैनोमीटर में मापा जाता है – एक मीटर के अरबवें हिस्से में – इन छोटे इलेक्ट्रिक स्विचों में से 15 बिलियन को एक नए iPhone में सिलिकॉन के एक टुकड़े पर फिट करने की अनुमति देता है। अब, हालांकि, ट्रांजिस्टर को छोटा करना पहले से कहीं अधिक कठिन है, घटकों के साथ इतना छोटा है कि व्यक्तिगत परमाणु कणों या क्वांटम प्रभावों का यादृच्छिक व्यवहार उनके प्रदर्शन को बाधित कर सकता है।

इन चुनौतियों के कारण, छोटे ट्रांजिस्टर के निर्माण की लागत आसमान छू रही है, जो श्री मूर द्वारा पूर्वाभास की गई कंप्यूटिंग क्रांति के भविष्य पर प्रश्नचिह्न लगा रही है। पिछले एक दशक से, प्रति ट्रांजिस्टर लागत में गिरावट की दर धीमी हो गई है या रुक भी गई है। परमाणु स्तर पर सामग्री में हेरफेर करने में सक्षम चिपमेकिंग मशीनरी दिमागी रूप से जटिल हो गई है, जिसमें सबसे सपाट दर्पण, सबसे शक्तिशाली लेजर और अब तक बनाए गए सबसे शुद्ध रसायन शामिल हैं।

अप्रत्याशित रूप से, ये उपकरण भी आंखों के पानी के महंगे हैं – सभी उन्नत चिप्स का उत्पादन करने के लिए आवश्यक अत्यधिक पराबैंगनी लिथोग्राफी मशीनों से ज्यादा कुछ नहीं, जिसकी लागत यूएस $ 150 मिलियन है। सभी लागतों को जोड़ें, और चिपमेकिंग सुविधाएं अब लगभग $20-बिलियन डॉलर की हैं, जो उन्हें इतिहास की सबसे महंगी फैक्ट्रियों में से एक बनाती हैं।

जब हम आज सिलिकॉन वैली के बारे में सोचते हैं, तो हमारा दिमाग उस सामग्री के बजाय सोशल नेटवर्क और सॉफ्टवेयर कंपनियों को अपना लेता है जिसने घाटी के नाम को प्रेरित किया। फिर भी इंटरनेट, क्लाउड, सोशल मीडिया और पूरी डिजिटल दुनिया उन इंजीनियरों पर निर्भर है जिन्होंने सिलिकॉन के स्लैब में दौड़ते हुए इलेक्ट्रॉनों की सबसे छोटी गति को नियंत्रित करना सीख लिया है। अर्थव्यवस्था को शक्ति प्रदान करने वाली बड़ी तकनीकी फर्में मौजूद नहीं होतीं यदि पिछली आधी शताब्दी में प्रसंस्करण और 1s और 0s को याद रखने की लागत एक अरब गुना कम नहीं होती।

कृत्रिम बुद्धिमत्ता का एक नया युग मुख्य रूप से इसलिए नहीं शुरू हो रहा है क्योंकि कंप्यूटर प्रोग्रामर अधिक चतुर हो गए हैं, बल्कि इसलिए कि उनके पास अपने एल्गोरिदम को चलाने के लिए तेजी से अधिक ट्रांजिस्टर हैं। कंप्यूटिंग का भविष्य मूल रूप से सिलिकॉन चिप्स से अधिक कंप्यूटिंग शक्ति को निचोड़ने की हमारी क्षमता पर निर्भर करता है।

जैसा कि लागत में वृद्धि हुई है, हालांकि, एनवीडिया के मुख्य कार्यकारी अधिकारी जेन्सेन हुआंग से लेकर स्टैनफोर्ड के पूर्व अध्यक्ष और अल्फाबेट के अध्यक्ष जॉन हेनेसी तक उद्योग जगत के दिग्गजों ने मूर के कानून को मृत घोषित कर दिया है। बेशक, इसके निधन की भविष्यवाणी पहले भी की जा चुकी है: 1988 में, आईबीएम के एक सम्मानित विशेषज्ञ और बाद में नेशनल साइंस फाउंडेशन के प्रमुख एरिच बलोच ने घोषणा की कि जब ट्रांजिस्टर एक चौथाई माइक्रोन तक सिकुड़ जाएगा तो कानून काम करना बंद कर देगा – एक बाधा एक दशक बाद उद्योग धराशायी हो गया।

श्री मूर ने खुद 2003 की एक प्रस्तुति में चिंतित किया कि “हमेशा की तरह व्यापार निश्चित रूप से अगले दशक में बाधाओं से टकराएगा,” लेकिन इन सभी संभावित बाधाओं को दूर कर दिया गया। उस समय, उन्होंने सोचा था कि फ्लैट से 3 डी ट्रांजिस्टर में बदलाव एक “कट्टरपंथी विचार” था, लेकिन दो दशक से भी कम समय के बाद, चिप फर्मों ने अपनी निर्माण प्रक्रिया की चुनौती के बावजूद, बाद के खरबों का उत्पादन किया है।

मूर का नियम आज के निराशावादियों को भी आश्चर्यचकित कर सकता है। जिम केलर, एक स्टार सेमीकंडक्टर डिजाइनर, जिन्हें ऐप्पल, टेस्ला, एएमडी और इंटेल में चिप्स पर परिवर्तनकारी काम के लिए व्यापक रूप से श्रेय दिया जाता है, ने कहा है कि उन्हें घनत्व में 50 गुना वृद्धि की दिशा में एक स्पष्ट रास्ता दिखाई देता है जिसके साथ ट्रांजिस्टर को चिप्स पर पैक किया जा सकता है। वह नए ट्रांजिस्टर आकृतियों की ओर इशारा करता है और साथ ही, ट्रांजिस्टर को एक दूसरे के ऊपर रखने की योजना बना रहा है।

“हम परमाणुओं से बाहर नहीं चल रहे हैं,” श्री केलर ने कहा है। “हम जानते हैं कि परमाणुओं की एकल परतों को कैसे मुद्रित किया जाता है।”

क्या ट्रांजिस्टर को सिकोड़ने की ये तकनीक किफायती होगी, हालाँकि, यह एक अलग सवाल है। बहुत से लोग शर्त लगा रहे हैं कि उत्तर “नहीं” है। चिप फर्म अभी भी छोटे ट्रांजिस्टर वाले अर्धचालकों की भावी पीढ़ियों की तैयारी कर रही हैं। लेकिन वे प्रत्येक चिप पर अधिक घटकों को रटने की अपनी क्षमता पर पूरी तरह भरोसा किए बिना अधिक, सस्ती कंप्यूटिंग शक्ति प्रदान करने के नए तरीकों पर भी काम कर रहे हैं।

एक तकनीक चिप्स को डिजाइन करना है ताकि वे कृत्रिम बुद्धि जैसे विशिष्ट उद्देश्यों के लिए अनुकूलित हों। आज, पीसी, स्मार्टफोन और डेटा केंद्रों के अंदर माइक्रोप्रोसेसरों को “सामान्य उद्देश्य” कंप्यूटिंग शक्ति प्रदान करने के लिए डिज़ाइन किया गया है। वे किसी ब्राउज़र को लोड करने में उतने ही अच्छे हैं जितने कि वे एक स्प्रेडशीट के संचालन में हैं। हालांकि, कुछ कंप्यूटिंग कार्य इतने विशिष्ट और महत्वपूर्ण हैं कि कंपनियां अपने आसपास विशेष चिप्स बना रही हैं। उदाहरण के लिए, एआई को अद्वितीय कंप्यूटिंग पैटर्न की आवश्यकता होती है, इसलिए एनवीडिया जैसी कंपनियां और नए स्टार्टअप की एक सरणी इन विशेष जरूरतों के लिए चिप आर्किटेक्चर विकसित कर रही है। विशेषज्ञता केवल छोटे ट्रांजिस्टर पर निर्भर हुए बिना अधिक कंप्यूटिंग शक्ति प्रदान कर सकती है।

दूसरा चलन है नए तरीकों से चिप्स की पैकेजिंग करना। परंपरागत रूप से, एक फोन या कंप्यूटर में तार लगाने से पहले एक सिरेमिक या प्लास्टिक के मामले में एक चिप लगाने की प्रक्रिया चिपमेकिंग प्रक्रिया में सबसे सरल और कम से कम महत्वपूर्ण कदम थी। नई प्रौद्योगिकियां इसे बदल रही हैं, क्योंकि चिप निर्माता एक ही पैकेज में चिप्स को एक साथ जोड़ने के साथ प्रयोग करते हैं, जिस गति से वे एक दूसरे के साथ संवाद करते हैं। नए तरीकों से ऐसा करने से लागत में भी कमी आएगी, साथ ही डिवाइस निर्माताओं को वांछित स्तर के प्रदर्शन के लिए आवश्यक चिप्स के इष्टतम संयोजन का चयन करने की अनुमति मिलेगी।

तीसरा, बहुत कम कंपनियां घर में चिप्स डिजाइन कर रही हैं ताकि उनके सिलिकॉन को उनकी जरूरतों के अनुसार अनुकूलित किया जा सके। स्टीव जॉब्स ने एक बार चुटकी ली थी कि सॉफ्टवेयर वह है जिस पर आप भरोसा करते हैं यदि “आपके पास इसे हार्डवेयर में लाने का समय नहीं है।” अमेज़ॅन और Google जैसी क्लाउड कंप्यूटिंग कंपनियां अपने डेटा केंद्रों में सिलिकॉन चिप्स की गति, लागत और बिजली की खपत पर बहुत निर्भर हैं, अब वे विशेष रूप से अपने बादलों के लिए अर्धचालक डिजाइन करने के लिए शीर्ष चिप विशेषज्ञों को काम पर रख रही हैं। अधिकांश फर्मों के लिए, घर में चिप्स डिजाइन करना बहुत कठिन और बहुत महंगा है, लेकिन ऐप्पल और टेस्ला जैसी कंपनियां आईफोन और टेस्ला कारों के लिए घर में चिप्स डिजाइन करती हैं।

इन प्रवृत्तियों को देखते हुए, कुछ विश्लेषकों को चिंता है कि एक स्वर्ण युग समाप्त हो रहा है। शोधकर्ता नील थॉम्पसन और स्वेंजा स्पैनथ का अनुमान है कि कंप्यूटिंग जल्द ही दो अलग-अलग विकास पथों के साथ विभाजित हो जाएगी: महंगी, विशेष चिप्स की “फास्ट लेन” और सामान्य प्रयोजन चिप्स की “धीमी लेन” जिनकी प्रगति की दर में गिरावट की संभावना है।

इस बात से इंकार नहीं किया जा सकता है कि माइक्रोप्रोसेसर, आधुनिक कंप्यूटिंग का कार्यकर्ता, विशिष्ट उद्देश्यों के लिए चिप्स द्वारा आंशिक रूप से विस्थापित किया जा रहा है, जैसे डेटा केंद्रों में एआई एल्गोरिदम चलाना। क्या कम स्पष्ट है कि क्या यह एक समस्या है। एनवीडिया जैसी कंपनियां जो एआई के लिए अनुकूलित विशेष चिप्स की पेशकश करती हैं, उन्होंने कृत्रिम बुद्धिमत्ता को बहुत सस्ता और इसलिए अधिक व्यापक रूप से सुलभ बना दिया है। अब, कोई भी Google या अमेज़ॅन के एआई-अनुकूलित बादलों तक पहुंच किराए पर लेकर शुल्क के लिए “फास्ट लेन” तक पहुंच सकता है।

महत्वपूर्ण प्रश्न नहीं है क्या हम अंत में मूर के नियम की सीमा तक पहुँच रहे हैं क्योंकि इसके नाम से शुरू में इसे परिभाषित किया गया था। यदि अर्थशास्त्र के नियम पहले कदम नहीं उठाते हैं, तो भौतिकी के नियम अंततः ट्रांजिस्टर को सिकोड़ने की हमारी क्षमता पर कठोर अवरोध लगा देंगे। वास्तव में जो मायने रखता है वह यह है कि क्या हम कंप्यूटिंग शक्ति की एक चोटी के करीब हैं, सिलिकॉन का एक टुकड़ा लागत-प्रभावी रूप से उत्पादन कर सकता है।

कई हजारों इंजीनियर और कई अरबों डॉलर नहीं सट्टा लगा रहे हैं।

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