קוואנטי, ביולוגי, ספינטרוני: עולם המחשוב שמעבר לסיליקון
היום לפני 50 שנה פורסם חוק מור, שהתווה את הדרך להתפתחות תעשיית השבבים ואיתה - ההייטק כולו. ואולם, נראה שהסיליקון מיצה את עצמו ושאם לא יפותחו חומרים וטכנולוגיות מחשוב חדשים, השוק ייעצר. "כלכליסט" מציג: 7 הפיתוחים שיוכלו להציל את התעשייה
16:5119.04.15
תעשיית המחשוב חוגגת היום (א') חמישים שנה לחוק מור - אחת התחזיות הטכנולוגיות המדויקות בהיסטוריה. ב-19 לאפריל 1965, פרסם גורדון מור, אחד ממייסדי אינטל, מאמר מדעי פורץ דרך בו הוא חוזה כי כמות הטרנזיסטורים שניתן למקם על שבב תכפיל את עצמה בקצב קבוע. התחזית הזו, במובן מסוים, סללה את הדרך למהפכת המחשוב המודרנית.
הסיליקון כבר לא עובד טוב מספיק
שבב קוונטי
אב טיפוס של שבב ספינטרוני
רכיבי גרפין שהוטמעו במסך גמיש צילום: שאטרסטוק
מעבד אופטי
יש חלבונים? אז מי צריך שבבים צילום: shutterstock
מחשב שפועל כמו מוח? עובדים על זה צילום: shutterstock
קראו עוד בכלכליסט:
- ממשלת ארה"ב לאינטל: אל תמכרי מעבדים לסין
- תעשיית השבבים, תמונת מצב: 2015 תהיה שנת השיא
- חדש מאינטל: Braswell, סדרת מעבדים למובייל
במקור אמר מור שכמות הטרנזיסטורים שניתן למקם על מעבד תוכפל מדי שנה. ב-1975, הוא עדכן את התחזית מטה ואמר כי כמות הטרנזיסטורים תוכפל כל שנתיים ועלות הייצור של טרנזיסטור תרד בחצי. מאז הצליחו אינטל ושאר יצרניות השבבים לעמוד בהגדרות חוק מור בהצלחה יחסית - אך המרדף אחר גבולות הגזרה שהוא הגדיר נעשה קשה יותר משנה לשנה.
הסיליקון כבר לא עובד טוב מספיק
היצרניות נתקלות במכשולים שהם לא רק הנדסיים, אלא פיזיקליים; אנחנו מתקרבים למגבלות של הסליקון, ממנו מורכבים השבבים - ולטרנזיסטורים שהם בגודל של אטומים בודדים.
מתוך כך, תופחים תקציבי המו"פ בחברות, כדי שלא ייווצר מצב בו תעשיית הטכנולוגיה תקפא במקומה. מדוע תקפא? משום שבלי מחשבים חזקים דיים לא ניתן לייעל ייצור, לא ניתן להמשיך להקטין את מכשירי המובייל, המחשוב הלביש ואינטרנט הדברים ולא ניתן לייעל פעולות שנראות שקופות למשתמש - כמו העברת מידע ברשת, שהופכות למורכבות יותר ברמה הטכנית. לפניכם הפתרונות האפשריים של תעשיית ההייטק, לדורות הבאים של מוצרי המחשוב והמובייל.
1. מחשוב קוונטי
במחשבים כיום, כל בעיה, תוכנה או פריט מידע מפורק ומיוצג על ידי ביטים, יחידת מידע שהיא 0 או 1. מחשבים קוונטים, עם זאת, מפרקים כל בעיית חישוב לקיו-ביטים. בזכות טריק של מכניקת הקוונטים, קיו-ביט יכול להיות 0 או 1 או גם שניהם בו זמנית. במקום לשבור כל בעיה מתמטית לחלקיקים קטנים ולפתור אותה שלב שלב, מחשב קוונטי יכול לחשב את כל התוצאות האפשריות בו זמנית. הדבר מאפשר לפתור בעיות מאוד מורכבות וכמעט בלתי אפשריות במתמטיקה של היום.
שבב קוונטי חוקרים כבר יצרו אבות טיפוס של מחשבים קוונטיים אבל מחשב אישי קוונטי עובד הוא עדיין חלום רחוק. חברות כגון גוגל ומיקרוסופט כבר פועלות בתחום.
2. מעבדים ספינטרוניים
המחשבים של היום שומרים ומעבירים מידע על ידי אלקטרונים - כל ביט מייצג בעצם האם יש או אין זרם חשמלי, האם תא זיכרון או שטח אחסון הוא טעון או ריק. מעבד ספינטרוני לא רק בודק את הזרם החשמלי אלא את הספין המגנטי של אותו אלקטרון בודד. כלומר, כל אלקטרון מחזיק הרבה יותר מידע.
אב טיפוס של שבב ספינטרוני הדבר מאפשר יצירת שבבים הרבה יותר יעילים, קטנים ומהירים. עם זאת, המערכות הקיימות אינן מסוגלות למדוד את הספין המגנטי כהלכה, בעיקר בשל טמפרטורת החדר והפרעות מהמעבד עצמו. NEC ומוטורולה כבר רכיבים המשתמשים בטכניקות ספינטרוניות. תוך כמה שנים נוכל לראות מעבדים ספינטרוניים, שבין השאר יישענו על גבישים מלאכותיים.
3. מוליכים למחצה אלטרנטיביים
סיליקון אמנם הפך לסמל של תעשיית הטכנולוגיה כולה, אבל הוא סובל ממגבלות. ישנם חומרים שהם מולכי חשמל טובים יותר, כגון גלאיום-ארסנייד או גרפין. חומרים אלה יאפשרו מעבר מהיר יותר של חשמל עם פחות התנגדות - מה שאומר צריכת חשמל נמוכה יותר ופליטת חום מופחתת ומעבדים יעילים במיוחד.
רכיבי גרפין שהוטמעו במסך גמיש צילום: שאטרסטוק 4. מחשוב אופטי
הרעיון של שימוש במחשבים אופטיים - שבהם הביט אינו מיוצג על ידי אלקטרון אלא על ידי פוטון, חלקיק האור - אינו חדש והופיע לראשונה עוד לפני חוק מור. בתיאוריה, קרן אור יכולה להעביר יותר מידע מזרם חשמלי וגם מייצרת פחות חום. כך ניתן לפתור את בעיית המוליכות במעבדים אלקטרוניים ולהקים רשתות מחשבים רחבות ויעילות יותר.
מעבד אופטי
לעומת זאת, עדיין לא פותחה דרך יעילה מספיק לייצר ולרכז אור בסדר הגודל הזעיר בו פועל מעבד. יש שטוענים שהמחשוב האופטי אינו אפשרי פיזיקלית.
5. מחשוב ביולוגי
חוקרים מנסים לפתח מחשבים שמתבססים על העברת, קידוד ושמירת מידע בצורת חלבונים ופיתוח אלגוריתמים ומעבדים שפועלים בצורה דומה לשל מולקולות DNA. הפוטנציאל הוא אדיר ויאפשר פיתוח מערכות שיכולות לתכנת את עצמן או לבצע הרכבה עצמית בשטח, בניית מעבדים במתח נמוך יותר מכל מחשב אלקטרוני (ולכן הרבה יותר יעילים מבחינת צריכת אנרגיה) ועוד. עם זאת, המדע עוד רחוק מהפעלת מחשב ביולוגי יעיל.
יש חלבונים? אז מי צריך שבבים צילום: shutterstock 6. מחשוב קוגניטיבי
יש שטוענים שהפיתרון נמצא בתוך המוח האנושי: שבבים שהם סינפטיים ומחקים את מודל הפעולה של מוחנו. שבב דיגיטלי מפרק כל פעולה בין מיליארדי הטרנזיסטורים שלו, כשכל אחד מבצע חלק מסוים ממנה. שבב סינפטי יורכב מפחות יחידות עיבוד, אך שכל אחת מהן תוכל לבצע חלק גדול יותר מהפעולה. מערכות כאלו טובות בביצוע פעולות מתמטיות וזיהוי תבניות. קוואלקום הדגימה מערכת קוגנטיבית שאמורה להגיע לשוק המובייל בשנה הבאה ו-IBM מתכננת להביא מחשוב קוגניטיבי לרמה הביתית תוך פחות מעשור.
מחשב שפועל כמו מוח? עובדים על זה צילום: shutterstock 7. טרנזיסטורים תלת-ממדיים
אחת הבעיות הבולטות בעולם השבבים הוא מספר הטרנזיסטורים. כיום כל טרנזיסטור מחובר לטרנזיסטורים שמצדדיו, אך פיתוח כאלה שיכולים להתחבר גם ליחידות שנמצאות מעליהם ומתחתיהם יוכל לאפשר בניית שבבים תלת ממדיים. הטכנולוגיה נקראת Multi Gate והדורות האחרונים של מעבדי אינטל כבר נשענים על רכיבים ממנה. בנוסף, גם יצרניות טכנולוגיות אחסון כסמסונג וסאנדיסק מתכננות ייצור שבבי זיכרון בתצורה תלת ממדית.
