Mooreův zákon: odhaluje nejen vývoj počítačových čipů
28.4.2015, Jan Vítek, článek
Když Gordon E. Moore v 60. letech zveřejnil výsledky svého pozorování, netušil, jaký dopad jeho článek bude mít, a to nejen na průmysl s informačními technologiemi, ale také na řadu dalších odvětví. Podívejme se, co nám tento 50 let starý poznatek přinesl.
Kapitoly článku:
- Mooreův zákon: odhaluje nejen vývoj počítačových čipů
- Intel a jeho éra
- Mooreův zákon platí nejen pro tranzistory
- Co přinese konec Mooreova zákona?
Mooreův zákon začal po své popularizaci žít vlastním životem a z IT průmyslu se rozšířil i do jiných oborů, a to především do ekonomie, marketingu a využit byl i zpětně pro sledování vývoje života na Zemi. Nemusíme ale ani chodit daleko od tranzistorů, abychom jej mohli na něco aplikovat, stačí se podívat na vývoj programování, které je ostatně s hardwarem pevně spjato. V minulosti museli programátoři šetřit každým bajtem v kódu, aby se výsledný přeložený program vůbec vešel do paměti. To už nyní v podstatě nemusí řešit, ale už před lety se objevily nové problémy s rozšiřováním vícejádrových procesorů, jejichž nástup nedokázali softwaroví vývojáři dlouho zachytit. Využití výpočetní síly vícejádrových procesorů znamená nutnost paralelního běhu aplikací v několika procesových vláknech, což není velký problém v případě, že se dá zátěž snadno rozdělit. To je velmi dobře možné třeba při renderování 3D obrázků, kdy se jednotlivé části obrazu prostě rozdělí mezi procesorová jádra (to názorně ilustruje třeba benchmark Cinebench).
Je ale řada programů, které dodnes nedokáží efektivně využít vícejádrové procesory a asi nejlepším příkladem z posledního období je velmi neefektivní využití procesorových jader v případě API Direct3D 11. Jak je vidět z obrázku, první procesorové jádro je využito daleko intenzivněji než tři zbylá, což znamená, že na vykreslení jednoho snímku musíme čekat zbytečně dlouho a tři čtvrtiny procesoru jsou po více než polovinu času nevyužity. Právě to řeší připravované Direct3D 12 v DirectX 12 a objevují se názory, že v příštích letech mají i programátoři napomoci k tomu, aby Mooreův zákon svým způsobem stále platil, a to pomocí efektivnějšího využití hardwarových zdrojů. Nemluví se tak o vzrůstajícím počtu tranzistorů, ale spíše o rostoucím opravdu využitelném výkonu, který by měl v podstatě suplovat spíše stagnující výkon klasických procesorů x86. Ty už ale dávno nejsou nositeli opravdového pokroku ve výkonu, však si stačí porovnat první a aktuální generaci Core i7.
O tématu výkonu DirectX 11 vs. DirectX 12 si můžete přečíst v našem článku
Mooreův zákon můžeme aplikovat i na vývoj magnetických úložných zařízení, čili především pevných disků. Jejich vývoj byl v posledních desetiletích také velmi bouřlivý a v dohledné historii spotřebitelských modelů jsme se dostali od stovek megabajtů v 90. letech po dnešních několik terabajtů. Pevné disky se tedy během nějakých 20 let propracovaly skrz několik řádů objemu úložné kapacity a nesmíme zapomenout na to, že ještě dříve následovalo jejich postupné zmenšování. Však první pevné disky v 50. letech musely být přepravovány vysokozdvižným vozíkem, zatímco dnes si jejich nástupce s 600.000x vyšší kapacitou strčíme do kapsy.
- 5MB pevný disk IBM Model 350 skládající se z padesáti 24" ploten -
Mooreův zákon je využitelný i ve zcela odlišných odvětvích lidské činnosti než v IT, např. v genetice. Vědci jej vyzkoušeli aplikovat na vývoj života na Zemi a prostou extrapolací zjistili, že by měl sahat do daleké minulosti, kdy Země ještě ani neexistovala. Využili k tomu prostou extrapolaci za předpokladu, že složitost organismů se vyvíjela exponenciálně, tedy stejně jako složitost počítačových čipů. Z toho jim vyšlo, že život je přibližně dvakrát starší než sama Země, ovšem s velkým rozptylem +/- 2,5 miliardy let. Ani po odečtení 3 či 4 miliard by ale nebyl mladší než Země, jak ukazuje následující graf.
Stejná metoda byla využita pro vypočítání počátku vědeckého publikování. Vzhledem k tomu, že mezi roky 1960 a 1990 se počet publikací zdvojnásobil po 15 letech, extrapolací vyšlo, že původ můžeme nalézt v roce 1710, čili v časech Isaaka Newtona. V těchto případech ale samozřejmě jde spíše o zajímavosti, které nelze brát jako konečná fakta, však o vývoji života nemáme dost informací k tomu, abychom mohli říci, že něco jako Mooreův zákon na něj lze aplikovat. O evoluci je také známo, že neprobíhá postupně a lineárně, ale spíše skokově jako reakce na měnící se životní podmínky, což je v přímém rozporu s elegancí Mooreova zákona.
Nicméně nikde také není řečeno, že by tato prostá extrapolace nemohla být nakonec pozoruhodně přesná. Však mezi pravděpodobné teorie patří i ta, že život na Zemi nevznikl, ale přicestoval třeba v ledu komet. Autoři této studie, Alexei Sharov (National Institute on Ageing, Baltimore) a Richard Gordon (Gulf Specimen Marine Laboratory, Florida) také poukazují na to, že by tím mohl být vysvětlen Fermiho paradox. Ten poukazuje na rozpor mezi tím, že ve vesmíru je vysoká pravděpodobnost existence mimozemských civilizací a důkazu o jejich existenci. Naše galaxie je totiž stará přibližně 13,2 miliardy let, takže bychom kvůli tomu mohli být jedny z nejvyvinutějších organismů v ní. Jisté je ale jen to, že Sharov a Gordon vyvolali diskuzi, v níž odpůrci poukazují především na to, že Mooreův zákon nemá co do činění s přírodou a evolucí, ale s lidskou civilizací a je vázán na celou řadu různých faktorů. Navíc i některé rostliny mají složitější genom než člověk, například brambora.
Je ale řada programů, které dodnes nedokáží efektivně využít vícejádrové procesory a asi nejlepším příkladem z posledního období je velmi neefektivní využití procesorových jader v případě API Direct3D 11. Jak je vidět z obrázku, první procesorové jádro je využito daleko intenzivněji než tři zbylá, což znamená, že na vykreslení jednoho snímku musíme čekat zbytečně dlouho a tři čtvrtiny procesoru jsou po více než polovinu času nevyužity. Právě to řeší připravované Direct3D 12 v DirectX 12 a objevují se názory, že v příštích letech mají i programátoři napomoci k tomu, aby Mooreův zákon svým způsobem stále platil, a to pomocí efektivnějšího využití hardwarových zdrojů. Nemluví se tak o vzrůstajícím počtu tranzistorů, ale spíše o rostoucím opravdu využitelném výkonu, který by měl v podstatě suplovat spíše stagnující výkon klasických procesorů x86. Ty už ale dávno nejsou nositeli opravdového pokroku ve výkonu, však si stačí porovnat první a aktuální generaci Core i7.
O tématu výkonu DirectX 11 vs. DirectX 12 si můžete přečíst v našem článku
Mooreův zákon můžeme aplikovat i na vývoj magnetických úložných zařízení, čili především pevných disků. Jejich vývoj byl v posledních desetiletích také velmi bouřlivý a v dohledné historii spotřebitelských modelů jsme se dostali od stovek megabajtů v 90. letech po dnešních několik terabajtů. Pevné disky se tedy během nějakých 20 let propracovaly skrz několik řádů objemu úložné kapacity a nesmíme zapomenout na to, že ještě dříve následovalo jejich postupné zmenšování. Však první pevné disky v 50. letech musely být přepravovány vysokozdvižným vozíkem, zatímco dnes si jejich nástupce s 600.000x vyšší kapacitou strčíme do kapsy.
- 5MB pevný disk IBM Model 350 skládající se z padesáti 24" ploten -
Mooreův zákon je využitelný i ve zcela odlišných odvětvích lidské činnosti než v IT, např. v genetice. Vědci jej vyzkoušeli aplikovat na vývoj života na Zemi a prostou extrapolací zjistili, že by měl sahat do daleké minulosti, kdy Země ještě ani neexistovala. Využili k tomu prostou extrapolaci za předpokladu, že složitost organismů se vyvíjela exponenciálně, tedy stejně jako složitost počítačových čipů. Z toho jim vyšlo, že život je přibližně dvakrát starší než sama Země, ovšem s velkým rozptylem +/- 2,5 miliardy let. Ani po odečtení 3 či 4 miliard by ale nebyl mladší než Země, jak ukazuje následující graf.
Stejná metoda byla využita pro vypočítání počátku vědeckého publikování. Vzhledem k tomu, že mezi roky 1960 a 1990 se počet publikací zdvojnásobil po 15 letech, extrapolací vyšlo, že původ můžeme nalézt v roce 1710, čili v časech Isaaka Newtona. V těchto případech ale samozřejmě jde spíše o zajímavosti, které nelze brát jako konečná fakta, však o vývoji života nemáme dost informací k tomu, abychom mohli říci, že něco jako Mooreův zákon na něj lze aplikovat. O evoluci je také známo, že neprobíhá postupně a lineárně, ale spíše skokově jako reakce na měnící se životní podmínky, což je v přímém rozporu s elegancí Mooreova zákona.
Nicméně nikde také není řečeno, že by tato prostá extrapolace nemohla být nakonec pozoruhodně přesná. Však mezi pravděpodobné teorie patří i ta, že život na Zemi nevznikl, ale přicestoval třeba v ledu komet. Autoři této studie, Alexei Sharov (National Institute on Ageing, Baltimore) a Richard Gordon (Gulf Specimen Marine Laboratory, Florida) také poukazují na to, že by tím mohl být vysvětlen Fermiho paradox. Ten poukazuje na rozpor mezi tím, že ve vesmíru je vysoká pravděpodobnost existence mimozemských civilizací a důkazu o jejich existenci. Naše galaxie je totiž stará přibližně 13,2 miliardy let, takže bychom kvůli tomu mohli být jedny z nejvyvinutějších organismů v ní. Jisté je ale jen to, že Sharov a Gordon vyvolali diskuzi, v níž odpůrci poukazují především na to, že Mooreův zákon nemá co do činění s přírodou a evolucí, ale s lidskou civilizací a je vázán na celou řadu různých faktorů. Navíc i některé rostliny mají složitější genom než člověk, například brambora.
