Học thuyết hỗn mang sẽ là cứu tinh giữ cho Định luật Moore trở thành bất tử

Các nhà khoa học tại Mỹ mới đây, đã dựa vào lý thuyết hỗn mang để tạo ra các hệ thống mạch máy tính phi tuyến tính - từ đó có thể dẫn tới việc tạo ra những con chip mạnh hơn rất nhiều, mà lại tiêu tốn ít điện năng hơn. Đây cũng có thể, sẽ là giải pháp để các nhà khoa học giữ cho định luật Moore tiếp tục tồn tại.

Về cơ bản, nội dung của định luật Moore như sau: "Số lượng transistor trên mỗi đơn vị inch vuông sẽ tăng lên gấp đôi sau mỗi năm". Năm 2000, định luật này được sửa đổi, từ một năm tăng lên thành xấp xỉ hai năm. Điều này cũng đồng nghĩa với việc, khả năng xử lý của những con chip máy tính sẽ ngày càng mạnh hơn - do số lượng transistor cứ tăng dần lên theo cấp số nhân.

Thế nhưng, vấn đề của định luật Moore nằm ở chỗ - định luật này dựa trên những quan sát của nhà đồng sáng lập Intel Gordon Moore từ những năm 1960. Mặc dù những tiến bộ công nghệ vượt trội trong ngành thiết kế và sản xuất bộ vi xử lý máy tính đã giúp định luật Moore tiếp tục chính xác sau hơn nửa thế kỷ, không ai có thể chắc chắn rằng định luật này sẽ đúng trong tương lai xa hơn nữa. Bởi lẽ, việc gấp đôi số lượng transistor trên mỗi đơn vị inch vuông kéo theo việc, kích thước của transistor trong tương lai sẽ ngày càng nhỏ hơn nữa - đến khi chỉ còn bằng khoảng vài nanomét.

Cha đẻ của định luật Moore nổi tiếng cũng không nghĩ rằng, định luật này sẽ còn đúng trong tương lai

Và thế là, việc giữ vững định luật Moore không còn là câu hỏi của ngành thiết kế và sản xuất vi xử lý sao cho hiệu quả hơn nữa - mà tiến dần đến phạm trù của ngành vật lý hiện đại. Ngay cả Gordon Moore cũng không nghĩ rằng, định luật của mình sẽ còn tiếp tục đúng trong tương lai.

"Đến một ngày nào đó, định luật của tôi sẽ không còn đúng nữa" - Gordon Moore chia sẻ trong lễ kỷ niệm 50 năm định luật Moore hồi năm ngoái. "Sẽ chẳng có định luật nào theo cấp số nhân có thể đúng một cách vĩnh cửu".

Thế nhưng, có lẽ, nhờ vào hệ thống mạch máy tính phi tuyến tính dựa vào lý thuyết hỗn mang, mà tinh thần của định luật Moore sẽ có thể được giữ vững trong tương lai.

"Chúng ta đã gần đạt tới giới hạn vật lý của kích cỡ transistor, vậy nên cần phải tìm ra phương pháp mới để tăng cường sức mạnh cho bộ vi xử lý" - ông Behnam Kia, trưởng bộ phận nghiên cứu tại trường Đại học Bắc Carolina chia sẻ. "Chúng tôi đang đề xuất phương án sử dụng thuyết hỗn mang, dùng chính tính phi tuyến tính của hệ thống để tăng khả năng hoạt động cho các mạch transistor".

Trong dự án mới nhất mà Kia cùng các đồng sự của mình thực hiện, họ đã tạo ra được một con chip phi tuyến tính có khả năng thực hiện nhiều chức năng khác nhau, nhưng sử dụng ít transistor hơn những con chip thông thường.

Trong khi những con chip thông thường theo thiết kế transistor tuyến tính, mỗi mạch chỉ có thể đảm nhận được một chức năng riêng trong một thời điểm, thì các mạch của hệ thống phi tuyến tính có thể thực hiện được nhiều chức năng cùng một lúc.

Về mặt công nghệ máy tính, "chúng tôi dựa vào các hánh vi cấp độ động lực, thông qua đó thực hiện nhiều thao tác xử lý trên cùng một mạch", ông Kia bổ sung. "Nhờ vậy mà chúng tôi có thể dùng sử dụng ít mạch transistor hơn, nhưng làm được nhiều thao tác". Phương pháp này có thể sẽ đem lại những ích lợi to lớn khác mà chúng ta không thể nào đạt được nếu chỉ đơn thuần tăng số lượng transistor phía bên trong bộ vi xử lý.

Theo như cách giải thích của Daniel Cooper, đến từ tạp chí Engadget, thì:

"Hãy thử tưởng tượng một nhà máy mà trong đó, mỗi công nhân được trang bị một chiếc máy tính bỏ túi. Công việc của họ hàng ngày chỉ đơn giản là làm đi làm lại một phép tính, từ sáng đến đêm. Dần dà, theo thời gian, công nhân thì cứ gầy đi, máy tính cũng nhỏ lại, và trong nhà máy có ngày càng đông người hơn. Điều này có nghĩa rằng, bởi mỗi người chỉ làm một phép tính, thì nhà máy muốn đạt hiệu quả cao sẽ phải tăng số lượng công nhân hơn".

Ngược lại, trong mạch phi tuyến tính, các transistor sẽ linh hoạt hơn nhiều lần. Áp dụng vào "nhà máy" kể trên, lúc này "ban lãnh đạo quyết định không thuê thêm công nhân nữa, mà thay vào đó, đào tạo mọi người khả năng thực hiện nhiều phép tính khác nhau. Lúc này, hiệu quả công việc sẽ tăng hơn nhiều lần, trong khi số công nhân thì vẫn vậy".

Tất nhiên, đây vẫn chỉ là giai đoạn đầu trong việc phát triển hệ thống chip máy tính mới, nhưng các nhà nghiên cứu tin rằng, những con chip thế hệ mới có thể được sản xuất theo phương pháp y hệt những con chip hiện tại. Và nếu như các hãng sản xuất cảm thấy hứng thú đầu tư cho hệ thống này, biết đâu trong tương lai gần, những bộ "vi xử lý hỗn mang" sẽ xuất hiện trong bất kì chiếc máy tính nào.

Nếu như điều này trở thành sự thật, không biết trong tương lai, những con chip máy tính sẽ còn mạnh hơn như thế nào nữa.

"Chúng tôi tin rằng, những con chip máy tính mới sẽ giải quyết được nhu cầu đang ngày một tăng cao, về sức mạnh của bộ vi xử lý, nhưng lại dùng ít transistor hơn. Giống như việc 100 triệu transistor có sức mạnh tương đương 3 tỉ transistor vậy" - ông Kia kết thúc.

Tham khảo sciencealert