Sau Định luật Moore là gì

Công nghệ bán dẫn hướng tới tương lai MWC 2014: Nóng bỏng cuộc chiến công nghệ vi xử lý di động Định luật Moore sẽ đi về đâu Intel: Transistor 3 cửa củng cố định luật Moore Tia cực tím sẽ giúp định luật Moore đứng vững

Nhiều thập kỷ qua, ngành công nghiệp máy tính được dẫn dắt bởi niềm tin rằng các kỹ sư sẽ luôn tìm ra cách làm cho các thành phần trong chip máy tính nhỏ hơn, nhanh hơn, và rẻ hơn. Nhưng mới đây liên minh các nhà sản xuất chip toàn cầu đã quyết định từ bỏ Định luật Moore , kim chỉ nam dẫn đường cho các công ty công nghệ suốt từ những năm 1960 với những hệ thống máy tính mainframe đồ sộ cho đến smartphone bé nhỏ ngày nay. Ngưỡng giới hạn vật lý đã xuất hiện, và ngành công nghiệp điện toán cần tư duy lại hướng phát triển trong tương lai.

Các nhà khoa học nghiên cứu trong lĩnh vực chip đang tiến gần tới thời điểm sử dụng các thành phần nhỏ như nguyên tử. Chỉ vài năm nữa thôi, khi không thể tiếp tục thu nhỏ chất bán dẫn, họ sẽ phải tìm ra giải pháp thay thế silicon để chế tạo chip máy tính, hay những ý tưởng mới trong thiết kế để tạo ra những thế hệ máy tính mới mạnh hơn.

Gordon Moore, nhà đồng sáng lập Intel, vào năm 1965 tiên đoán rằng số thành phần đóng gói trên một chip silicon sẽ tăng gấp đôi sau mỗi chu kỳ thời gian định trước.

Vai trò lịch sử của Định luật Moore

Trải qua năm thập kỷ, Định luật Moore không chỉ có tầm quan trọng với điện toán mà cả các ngành công nghiệp khác, ảnh hưởng rộng rãi tới mọi mặt của cuộc sống. Dù vậy, đây không phải là định luật vật lý như những định luật về chuyển động của Newton. Thực chất, Định luật Moore mô tả nhịp độ thay đổi trong qui trình sản xuất tạo ra thế hệ máy tính mới có sức mạnh tăng theo cấp số nhân với chi phí thấp hơn nhiều.

Năm 1965, nhà đồng sáng lập Intel, Gordon Moore, lần đầu tiên đưa ra dự đoán dựa trên quan sát của mình rằng, số thành phần đóng gói trong một tấm silicon sẽ tăng gấp đôi sau mỗi năm (10 năm sau ông chỉnh lại chu kỳ thời gian là 2 năm).

Thời đó, mật độ cao nhất của chip nhớ chỉ mới chứa được 1.000 bit thông tin. Ngày nay, chip nhớ mật độ cao nhất có thể chứa tới 20 tỷ bóng bán dẫn (transitor). Để dễ hình dung, chiếc iPad 2 được bán ra thị trường hồi năm 2011 với giá 400 USD, nhỏ nhẹ trên tay người dùng, có sức mạnh tính toán hơn cả siêu máy tính Cray-2 mạnh nhất thế giới trong những năm 1980, là dàn máy tính có kích cỡ tương đương với một máy giặt công nghiệp và giá thành thì ngất ngưởng, khoảng trên 15 triệu USD qui đổi theo giá thời nay.

Đó mới chỉ là iPad thế hệ 2 chứ chưa phải model mới nhất.

Không có Định luật Moore dẫn đường, chỉ lối sẽ không có ngành công nghiệp máy tính như ngày nay. Những “đại gia” như Google hay Amazon sẽ tiêu tốn không biết bao nhiêu tiền mà kể để xây dựng nên những trung tâm dữ liệu mà họ đang vận hành để cung cấp các dịch vụ đám mây. Sẽ không có những chiếc smartphone với các ứng dụng mà cho phép bạn vuốt lên màn hình là đặt ngay được một chuyến xe dịch vụ, hay đặt trước một bữa tiệc tại một nhà hàng yêu thích. Cũng không có những đột phá trong nghiên cứu khoa học như giải mã bộ gen con người hay những tiến bộ trong trí tuệ nhân tạo. Và lấy đâu ra hàng tỷ chiếc smartphone đang được người dùng trên khắp thế giới cầm trên tay sử dụng hàng ngày.

Nhà khoa học máy tính Jay Gambetta đang sử dụng một máy tính bảng để tương tác với máy tính lượng tử của IBM đặt tại trung tâm nghiên cứu T. J. Watson của IBM tại Yorktown, New York (Mỹ).

Điện toán cần tìm lối đi mới

Định luật Moore được nhìn nhận đã tới hồi kết, vậy tương lai điện toán sẽ hướng về đâu? Chưa có câu trả lời chắc chắn ở thời điểm này, nhưng rõ ràng niềm tin phải được thay đổi, vượt ra ngoài tư duy thu nhỏ đế chip để bộ xử lý chạy nhanh gấp đôi sau mỗi chu kỳ thời gian định trước với chi phí rẻ hơn mà Intel và toàn ngành theo đuổi hàng chục năm qua.

Thực tế Intel đã gặp khó khăn trong việc duy trì chu trình “tick – tock” với chu kỳ 2 năm, trễ hẹn ra mắt các thế hệ chip gần đây, nhất là với Broadwell trước khi Skylake xuất hiện vào năm ngoái.

Các hiệp hội ngành công nghiệp bán dẫn của Mỹ, châu Âu, Nhật Bản, Hàn Quốc và Đài Loan đang tiến hành đánh giá để đưa ra báo cáo cuối cùng dựa trên hệ thống dự báo công nghệ về chất bán dẫn của tổ chức Lộ trình công nghệ bán dẫn quốc tế (International Technology Roadmap for Semiconductors – ITRS).

Hầu hết các đại gia sản xuất chip, trong đó có Intel, IBM và Samsung, đều thuộc tổ chức ITRS, tuy nhiên Intel cho biết công ty không tham gia trong bản báo cáo cuối cùng.

Bên cạnh đó, để thay thế những gì ngành công nghiệp bán dẫn đã làm gần 25 năm qua, tổ chức IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers) công bố hôm 4/5 rằng, tổ chức này sẽ lập ra một hệ thống dự báo, gọi là “International Roadmap for Devices and Systems” – “Lộ trình Thiết bị và Hệ thống quốc tế”, nhằm theo dõi các công nghệ máy tính ở phạm vi rộng hơn.

Một công nghệ rất triển vọng là điện toán lượng tử, theo đó máy tính thế hệ mới sẽ sử dụng những nguyên lý của cơ học lượng tử để thực hiện cực nhanh các tính toán phức tạp nhờ huy động nhiều siêu máy tính nhanh nhất trên thế giới thực hiện. Nghĩa là máy tính sẽ không theo cơ chế điện tử như hiện nay mà dựa trên bit lượng tử, gọi là qubit (viết tắt từ “quantum bit”).

Hồi đầu tháng 5, IBM đã ra mắt máy tính lượng tử 5 qubit, cho phép ai cũng có thể sử dụng như một dịch vụ điện toán đám mây thông qua thiết bị di động của mình. Trong tương lai, sức mạnh tính toán siêu việt của máy tính lượng tử sẽ được mọi người khai thác mọi lúc mọi nơi từ bất kỳ thiết bị nào.

Một công nghệ khác đáng chú ý nữa là Graphene , một dạng carbon, có thể được dùng để thay thế silicon trong tiến trình sản xuất transitor nhỏ hơn, nhanh hơn, tiêu thụ điện năng ít hơn.

Các nhà khoa học đồng quan điểm khi cho rằng điện toán không thể chỉ dựa vào ngành công nghiệp sản xuất chất bán dẫn để vượt qua những rào cản đã xuất hiện phía trước, với những giới hạn vật lý đang đe dọa tiễn Định luật Moore về với dĩ vãng.

Intel đã từ bỏ chu kỳ “tick – tock” 2 năm, chuyển qua tiến trình phát triển CPU gồm 3 giai đoạn: qui trình mới – kiến trúc mới – tối ưu hóa, chu kỳ khoảng 3 năm.

Sau Định luật Moore là gì

Những năm gần đây, mặc dù liên tục xuất hiện cảnh báo Định luật Moore đang tới hồi kết, nhưng không phải ai cũng tin vào điều đó, nhất là người khổng lồ chip Intel. Hồi tháng 3, CEO Intel Brian Krzanich trong một bài viết đăng trên website của công ty vẫn tỏ ra tự tin, ông nói “Tôi đã chứng kiến không ít hơn bốn lần người ta tuyên bố về cái chết của định luật Moore”.

Tuy nhiên, Intel đang phải đối mặt với những khó khăn lớn. Thị trường PC đang trượt dài với doanh số bán máy giảm liên tục. Trên thị trường cung cấp chip cho smartphone thì Intel đã chính thức đầu hàng, tuyên bố rút chân sau nhiều năm nỗ lực bất thành đuổi theo các đối thủ Qualcomm, Apple, và Samsung, là những nhà cung cấp chip di động dựa trên công nghệ cấp phép từ ARM.

Tháng 3 vừa qua Intel công bố kế hoạch cắt giảm 12.000 việc làm, tương đương với 11% tổng số nhân viên Intel trên toàn thế giới, chi phí tốn kém dự kiến khoảng 1,2 tỷ USD.

Thực ra, từ năm 2005 đã xuất hiện những dấu hiệu cho thấy Định luật Moore có thể bị phá vỡ. Lúc đó các nhà nghiên cứu bắt đầu lo lắng khi bộ xử lý Intel trở nên quá nóng, có thể tới mức chẳng khác gì những lò lửa trong thùng máy tính.

Nhưng rồi những lo ngại sau đó đã giảm đi khi nhà sản xuất chip không ưu tiên tăng tốc độ xử lý, thay vào đó là chia nhiều tác vụ đồng thời cho nhiều nhân xử lý, nhờ vậy mà chip máy tính vẫn mát. Bắt đầu thời kỳ của bộ xử lý đa nhân.

Đến thời di động nổi lên, smartphone trở thành trung tâm của cuộc cách mạng mới đẩy ngành công nghiệp PC vào thế sa sút dần. Và khi nhận thấy thị trường smartphone bắt đầu có những dấu hiệu chững lại, các nhà sản xuất bán dẫn lại lo tìm kiếm giải pháp mới.

Ngoài giới hạn vật lý sắp đến với việc thu nhỏ transitor, những rào chắn khác đang lờ mờ hiện ra. Chẳng hạn, hiện tại hầu hết các nhà sản xuất bán dẫn đều cho rằng chi phí sản xuất trên mỗi transitor của chip máy tính đã không thể giảm hơn được nữa. Yếu tố giảm chi phí từng đóng vai trò then chốt cho công nghệ sản xuất máy tính phát triển nhanh.

Nhiều nhà quan sát ngành công nghiệp máy tính đang tỏ ra hoài nghi về khả năng giữ vững Định luật Moore của Intel. Họ chỉ ra rằng nếu Intel có thể tiếp tục giảm được chí phí sản xuất thì đã có thể tác động lớn hơn vào thế giới điện toán di động, và không có lý gì khi rút chân khỏi thị trường cung cấp chip cho smartphone. Như một phần trong công cuộc cắt giảm mới đây, Intel đã tuyên bố bỏ cuộc, không cung cấp bộ xử lý Atom cho các nhà sản xuất smartphone nữa.

Nếu dựa hoàn toàn vào Định luật Moore thì khi nó tới hồi kết, doanh nghiệp sẽ trông chờ vào đâu để tiếp tục phát triển? Đáng tiếc là chưa thể có câu trả lời rõ ràng ở thời điểm này.

Định luật Moore đã thúc đẩy sự đổi mới ra sao

Khó có thể phủ nhận vai trò quan trọng của Định luật Moore đối với thế giới công nghệ trong suốt 5 thập kỷ qua. Vào năm 1965, nhà đồng sáng lập Intel, Gordon Moore, từ phát hiện của mình về một qui luật quan trọng trong ngành bán dẫn đã đưa ra dự đoán: cứ sau mỗi năm các kỹ sư sẽ tìm được cách nhồi gấp đôi số lượng bóng bán dẫn vào một chip silicon. (10 năm sau ông chỉnh lại chu kỳ này thành 2 năm). Nói cách khác, sức mạnh của chip máy tính sẽ tăng gấp đôi sau một chu kỳ đoán trước, hơn nữa, chi phí cũng giảm. Dự đoán này, nổi danh dưới cái tên Định luật Moore mang chính tên ông, cuối cùng trở thành lời tiên tri, dẫn dắt ngành máy tính phát triển liên tục cho đến nay.

Theo PCWorldVN