La última tecnología informática que debes ver para creer

La Ley de Moore, la verdad de que la cantidad de potencia computacional en bruto disponible para un dólar tiende a duplicarse aproximadamente cada dieciocho meses, ha sido parte de la ciencia de la computación desde 1965, cuando Gordon Moore observó por primera vez la tendencia y escribió un artículo sobre ella. En ese momento, el “Ley” Un poco fue una broma. 49 años después, nadie se ríe.

En este momento, los chips de computadora se fabrican utilizando un método de fabricación inmensamente refinado, pero muy antiguo. Las láminas de cristales de silicio muy puro están recubiertas de varias sustancias, grabadas con rayos láser de alta precisión, grabadas con ácido, bombardeadas con impurezas de alta energía y galvanizadas..

Ocurren más de veinte capas de este proceso, construyendo componentes a nanoescala con una precisión que es, francamente, alucinante. Desafortunadamente, estas tendencias no pueden continuar para siempre.

Nos estamos acercando rápidamente al punto en el que los transistores que estamos grabando serán tan pequeños que los efectos cuánticos exóticos impedirán el funcionamiento básico de la máquina. En general, se acepta que los últimos avances en tecnología informática se encontrarán con los límites fundamentales del silicio alrededor de 2020, cuando las computadoras son aproximadamente dieciséis veces más rápidas de lo que son hoy. Entonces, para que la tendencia general de la Ley de Moore continúe, tendremos que separarnos del silicio de la misma manera que lo hicimos con los tubos de vacío, y comenzar a construir chips utilizando nuevas tecnologías que tengan más espacio para el crecimiento.

4. chips neuromórficos

A medida que el mercado de la electrónica avanza hacia tecnologías más inteligentes que se adaptan a los usuarios y automatizan más trabajo intelectual, muchos de los problemas que las computadoras deben resolver se centran en el aprendizaje automático y la optimización. Una tecnología poderosa utilizada para resolver estos problemas son las 'redes neuronales'.

Las redes neuronales reflejan la estructura del cerebro: tienen nodos que representan neuronas y conexiones ponderadas entre esos nodos que representan sinapsis. La información fluye a través de la red, manipulada por los pesos, para resolver problemas. Las reglas simples dictan cómo cambian los pesos entre las neuronas, y estos cambios pueden explotarse para producir aprendizaje y comportamiento inteligente. Este tipo de aprendizaje es computacionalmente costoso cuando es simulado por una computadora convencional.

Los chips neuromórficos intentan abordar esto mediante el uso de hardware dedicado específicamente diseñado para simular el comportamiento y el entrenamiento de las neuronas. De esta manera, se puede lograr una enorme velocidad, mientras se usan neuronas que se comportan más como las neuronas reales en el cerebro..

IBM y DARPA han liderado la carga de la investigación de chips neuromórficos a través de un proyecto llamado SyNAPSE, que hemos mencionado antes No lo creerás: DARPA Future Research en computadoras avanzadas No lo creerás: DARPA Future Research en computadoras avanzadas DARPA es una de las partes más fascinantes y secretas del gobierno de los Estados Unidos. Los siguientes son algunos de los proyectos más avanzados de DARPA que prometen transformar el mundo de la tecnología. . Synapse tiene el objetivo final de construir un sistema equivalente a un cerebro humano completo, implementado en hardware no más grande que un cerebro humano real. En el término más cercano, IBM planea incluir chips neuromórficos en sus sistemas Watson, para acelerar la resolución de ciertos subproblemas en el algoritmo que depende de las redes neuronales..

El sistema actual de IBM implementa un lenguaje de programación para hardware neuromórfico que permite a los programadores usar fragmentos pre-entrenados de una red neuronal (llamados 'corelets') y vincularlos para construir máquinas robustas de resolución de problemas. Probablemente no tendrá chips neuromórficos en su computadora durante mucho tiempo, pero seguramente usará servicios web que usan servidores con chips neuromórficos en solo unos años..

3. Cubo de memoria híbrido Micron

Uno de los principales cuellos de botella para el diseño actual de la computadora es el tiempo que lleva recuperar los datos de la memoria en los que el procesador necesita trabajar. El tiempo necesario para hablar con los registros ultrarrápidos dentro de un procesador es considerablemente más corto que el tiempo necesario para obtener datos de la RAM, que a su vez es mucho más rápido que obtener datos del pesado y pesado disco duro..

El resultado es que, con frecuencia, el procesador se queda simplemente esperando largos períodos de tiempo para que lleguen los datos para que pueda hacer la próxima ronda de cálculos. La memoria caché del procesador es aproximadamente diez veces más rápida que la RAM, y la RAM es aproximadamente cien mil veces más rápida que el disco duro. Dicho de otra manera, si hablar con el caché del procesador es como caminar a la casa del vecino para obtener información, entonces hablar con la RAM es como caminar un par de millas hasta la tienda para obtener la misma información: obtenerla del disco duro es como caminando hacia la luna.

La tecnología Micron puede separar a la industria de la progresión regular de la tecnología de memoria DDR convencional, reemplazándola con su propia tecnología, que apila los módulos de RAM en cubos y usa cables de mayor ancho de banda para que sea más rápido hablar con esos cubos. Los cubos se construyen directamente en la placa base al lado del procesador (en lugar de insertarse en ranuras como la memoria RAM convencional). La arquitectura de cubo de memoria híbrida ofrece cinco veces más ancho de banda al procesador que la memoria RAM DDR4 que saldrá este año, y utiliza un 70% menos de energía. Se espera que la tecnología llegue al mercado de las supercomputadoras a principios del próximo año, y al mercado de consumo unos años más tarde..

2. Almacenamiento de Memristor

Un enfoque diferente para resolver el problema de la memoria es diseñar una memoria de computadora que tenga la ventaja de más de un tipo de memoria. En general, las compensaciones con memoria se reducen al costo, la velocidad de acceso y la volatilidad (la volatilidad es la propiedad de necesitar un suministro constante de energía para mantener los datos almacenados). Los discos duros son muy lentos, pero baratos y no volátiles..

Ram es volátil, pero rápido y barato. La caché y los registros son volátiles y muy caros, pero también muy rápidos. La mejor tecnología de ambos mundos es una que no es volátil, de rápido acceso y barata de crear. En teoría, los memristores ofrecen una manera de hacerlo.

Las memorias son similares a las resistencias (dispositivos que reducen el flujo de corriente a través de un circuito), con la trampa de que tienen memoria. Ejecute la corriente a través de ellos de una manera, y su resistencia aumenta. Ejecute la corriente por el otro lado, y su resistencia disminuye. El resultado es que puede construir celdas de memoria de estilo RAM de alta velocidad y bajo costo que no son volátiles y que pueden fabricarse a bajo costo.

Esto aumenta la posibilidad de que los bloques de RAM sean tan grandes como los discos duros que almacenan todo el sistema operativo y el sistema de archivos de la computadora (como un enorme disco RAM no volátil. ¿Qué es un disco RAM? Y ¿Cómo puede configurar uno? ¿Qué es una RAM Disco y cómo se puede configurar uno Los discos duros de estado sólido no son el primer almacenamiento no mecánico que aparece en las PC de consumo. La memoria RAM se ha utilizado durante décadas, pero principalmente como una solución de almacenamiento a corto plazo. RAM lo hace ...), a todo lo cual se puede acceder a la velocidad de RAM. No más disco duro. No más caminar hacia la luna.

HP ha diseñado una computadora que utiliza tecnología memristor y un diseño de núcleo especializado, que utiliza fotónica (comunicación basada en luz) para acelerar la conexión en red entre elementos computacionales. Este dispositivo (llamado “La máquina”) es capaz de realizar un procesamiento complejo en cientos de terrabytes de datos en una fracción de segundo. La memoria del memristor es 64-128 veces más densa que la RAM convencional, lo que significa que la huella física del dispositivo es muy pequeña, y todo el shebang usa mucha menos energía que las salas de servidores que reemplazaría. HP espera llevar al mercado computadoras basadas en The Machine en los próximos dos o tres años.

1. Procesadores de grafeno

El grafeno es un material hecho de celosías de átomos de carbono fuertemente unidas (similar a los nanotubos de carbono). Tiene una serie de propiedades notables, que incluyen una inmensa fuerza física y casi superconductividad. Hay docenas de aplicaciones potenciales para el grafeno, desde elevadores espaciales hasta armaduras corporales y mejores baterías, pero la que es relevante para este artículo es su papel potencial en las arquitecturas informáticas..

Otra forma de hacer que las computadoras sean más rápidas, en lugar de reducir el tamaño del transistor, es simplemente hacer que esos transistores funcionen más rápido. Desafortunadamente, debido a que el silicio no es un buen conductor, una cantidad significativa de la energía enviada a través del procesador se convierte en calor. Si intenta cronometrar procesadores de silicio por encima de los nueve gigahercios, el calor interfiere con el funcionamiento del procesador. Los 9 gigahercios requieren esfuerzos de enfriamiento extraordinarios (en algunos casos que involucran nitrógeno líquido). La mayoría de los chips de consumo funcionan mucho más lentamente. (Para obtener más información sobre cómo funcionan los procesadores de computadora convencionales, lea nuestro artículo ¿Qué es una CPU y qué hace? ¿Qué es una CPU y qué hace? Las siglas de computación son confusas. ¿Qué es una CPU de todos modos? ¿Necesito un procesador quad o dual-core? ¿Qué tal AMD o Intel? ¡Estamos aquí para ayudar a explicar la diferencia!.

El grafeno, en contraste, es un excelente conductor. Un transistor de grafeno puede, en teoría, correr hasta 500 GHz sin problemas de calor, y puede grabarlo de la misma manera que graba silicio. IBM ya ha grabado chips de grafeno analógico simples, utilizando técnicas tradicionales de litografía de chips. Hasta hace poco, el problema era doble: primero, que es muy difícil fabricar grafeno en grandes cantidades y, segundo, que no tenemos una buena manera de crear transistores de grafeno que bloqueen por completo el flujo de corriente en su apagado. ' estado.

El primer problema se resolvió cuando el gigante de la electrónica Samsung anunció que su brazo de investigación había descubierto una forma de producir en masa cristales de grafeno completos con alta pureza. El segundo problema es más complicado. El problema es que, si bien la conductividad extrema del grafeno lo hace atractivo desde una perspectiva de calor, también es molesto cuando se quieren hacer transistores, dispositivos que están destinados a dejar de conducir miles de millones de veces por segundo. El grafeno, a diferencia del silicio, carece de un "intervalo de banda", una tasa de flujo de corriente que es tan baja que hace que el material caiga a cero conductividad. Afortunadamente, parece que hay algunas opciones en ese frente.

Samsung ha desarrollado un transistor que utiliza las propiedades de una interfaz de silicio-grafeno para producir las propiedades deseadas, y ha construido una serie de circuitos lógicos básicos con él. Si bien no es una computadora de grafeno puro, este esquema preservaría muchos de los efectos beneficiosos del grafeno. Otra opción puede ser el uso de 'resistencia negativa' para construir un tipo diferente de transistor que podría usarse para construir puertas lógicas que operan a mayor potencia, pero con menos elementos.

De las tecnologías discutidas en este artículo, el grafeno es el más alejado de la realidad comercial. La tecnología podría tardar hasta una década en ser lo suficientemente madura como para reemplazar realmente el silicio por completo. Sin embargo, a largo plazo, es muy probable que el grafeno (o una variante del material) sea la columna vertebral de la plataforma informática del futuro.

Los próximos diez años

Nuestra civilización y gran parte de nuestra economía han llegado a depender de la Ley de Moore de manera profunda, y enormes instituciones están invirtiendo enormes cantidades de dinero en tratar de prevenir su fin. Una serie de mejoras menores (como las arquitecturas de chips 3D y la informática tolerante a errores) ayudarán a mantener la Ley de Moore más allá de su horizonte teórico de seis años, pero ese tipo de cosas no pueden durar para siempre.

En algún momento de la próxima década, tendremos que dar el salto a una nueva tecnología, y el dinero inteligente está en el grafeno. Ese cambio va a sacudir seriamente el status quo de la industria de la computación, y hará y perderá muchas fortunas. Incluso el grafeno no es, por supuesto, una solución permanente. Es muy probable que en unas pocas décadas nos encontremos nuevamente aquí, debatiendo qué nueva tecnología se hará cargo, ahora que hemos alcanzado los límites del grafeno.

¿Qué dirección crees que tomará la última tecnología informática?? ¿Cuál de estas tecnologías crees que tiene la mejor oportunidad de llevar la electrónica y las computadoras al siguiente nivel??

Créditos de imagen: mano femenina en guantes ESD a través de Shutterstock