Закон Куми
Закон Куми описывает тенденцию в истории вычислительной техники : в течение примерно полувека количество вычислений на джоуль рассеиваемой энергии удваивалось примерно каждые 1,57 года. Профессор Джонатан Куми описал эту тенденцию в статье 2010 года, в которой он написал, что «при фиксированной вычислительной нагрузке количество необходимой вам батареи будет падать в два раза каждые полтора года». [ 1 ]
Эта тенденция была удивительно стабильной с 1950-х годов ( Р. 2 более 98%). Но в 2011 году Куми пересмотрел эти данные. [ 2 ] и обнаружили, что после 2000 года удвоение замедлилось примерно до одного раза в 2,6 года. Это связано с замедлением [ 3 ] закона Мура , возможность создавать транзисторы меньшего размера; и конец примерно в 2005 году масштабирования Деннарда , возможности создавать транзисторы меньшего размера с постоянной плотностью мощности .
«Разница между этими двумя темпами роста существенна. Удвоение каждые полтора года приводит к 100-кратному увеличению эффективности каждое десятилетие. Удвоение каждые два с половиной года дает всего лишь 16-кратное увеличение», - пишет Куми. [ 4 ]
Подразумеваемое
[ редактировать ]Следствием закона Куми является то, что количество батарей, необходимое для фиксированной вычислительной нагрузки, будет падать в 100 раз каждое десятилетие. [ 5 ] Поскольку вычислительные устройства становятся меньше и мобильнее, эта тенденция может оказаться даже более важной, чем повышение вычислительной мощности для многих приложений. Более того, затраты на электроэнергию становятся все более важным фактором в экономике центров обработки данных, что еще больше увеличивает важность закона Куми.
Замедление действия закона Куми имеет последствия для использования энергии в информационных и коммуникационных технологиях. Однако, поскольку компьютеры не работают постоянно с максимальной производительностью, эффект этого замедления может не проявиться в течение десятилетия или даже больше. [ 6 ] Куми пишет, что «как и любая экспоненциальная тенденция, эта в конечном итоге закончится... примерно через десять лет в энергопотреблении снова будет доминировать мощность, потребляемая, когда компьютер активен. И эта активная мощность по-прежнему будет заложницей физика замедления в законе Мура».
История
[ редактировать ]Куми был ведущим автором статьи в журнале IEEE Annals of the History of Computing, которая впервые задокументировала эту тенденцию. [ 1 ] Примерно в то же время Куми опубликовал небольшую статью об этом в IEEE Spectrum . [ 7 ]
Далее это обсуждалось в MIT Technology Review . [ 8 ] и в сообщении Эрика Бриньольфссона в блоге «Экономика информации»: [ 5 ] и в The Economist онлайн . [ 9 ]
Эта тенденция ранее была известна для процессоров цифровых сигналов и тогда получила название «Закон Джина». Название пришло от Джина Франца, инженера-электрика из Texas Instruments . Франц задокументировал, что рассеиваемая мощность в DSP сокращалась вдвое каждые 18 месяцев в течение 25-летнего периода. [ 10 ] [ 11 ]
Замедление и конец закона Куми
[ редактировать ]Последние исследования показывают, что закон Куми замедлился и удваивается каждые 2,6 года. [ 2 ] Этот показатель представляет собой среднее статистическое значение для многих технологий и многих лет, но есть исключения. Например, в 2020 году AMD сообщила, что с 2014 года компании удалось повысить эффективность своих мобильных процессоров в 31,7 раза, что соответствует темпу удвоения в 1,2 года. [ 12 ] В июне 2020 года Куми ответил на отчет, написав: «Я просмотрел данные и могу сообщить, что AMD превысила цель 25×20, установленную в 2014 году, за счет улучшенного дизайна, превосходной оптимизации и лазерного внимания к энергоэффективности . " [ 12 ]
Согласно второму закону термодинамики и принципу Ландауэра , необратимые вычисления не могут вечно оставаться более энергоэффективными. Если предположить, что энергоэффективность вычислений будет продолжать удваиваться каждые 2,6 года, и взять самый эффективный суперкомпьютер по состоянию на 2022 год, [ 13 ] граница Ландауэра будет достигнута около 2080 года. Таким образом, после этого момента закон Куми больше не может выполняться. Однако принцип Ландауэра не ограничивает эффективность обратимых вычислений . Это, в сочетании с другими вычислительными технологиями, выходящими за рамки КМОП , может обеспечить дальнейшее повышение эффективности.
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ Jump up to: а б Куми, Джонатан; Берард, Стивен; Санчес, Марла; Вонг, Генри (29 марта 2010 г.), «Последствия исторических тенденций в электрической эффективности вычислений», IEEE Annals of the History of Computing , 33 (3): 46–54, doi : 10.1109/MAHC.2010.28 , ISSN 1058 -6180 , S2CID 8305701 .
- ^ Jump up to: а б Куми, Джонатан Г. (29 ноября 2016 г.). «Наши последние достижения в области энергоэффективности вычислений с течением времени теперь доступны в отделе Electronic Design» .
- ^ Кларк, Дон (16 июля 2015 г.). «Intel переделывает табличку на основе закона Мура» . Уолл Стрит Джорнал .
- ^ Наффцигер, Сэм; Куми, Джонатан (29 ноября 2016 г.). «Энергоэффективность вычислений: что дальше?» . Электронный дизайн .
- ^ Jump up to: а б Бриньольфссон, Эрик (12 сентября 2011 г.). «Затмевает ли закон Куми закон Мура?» . Блог «Экономика информации» . Массачусетский технологический институт.
- ^ Куми, Джонатан; Нафцигер, Самуэль (31 марта 2015 г.). «Закон Мура может замедлять, но не энергоэффективность» . IEEE-спектр .
- ^ Куми, Дж. Г. (26 февраля 2010 г.), «Превосходство закона Мура» , IEEE Spectrum , 47 (3): 68, doi : 10.1109/MSPEC.2010.5421913 , S2CID 36759624 .
- ^ Грин, Кейт (12 сентября 2011 г.). «Новый и улучшенный закон Мура» . Обзор технологий Массачусетского технологического института .
- ^ «Вычислительная мощность — более глубокий закон, чем закон Мура?» . Экономист онлайн . 10 октября 2011 г.
- ^ Фарнкомб, Трой; Иневски, Крис (2013), «§1.7.4 Рассеяние мощности» , Медицинская визуализация: технологии и приложения , CRC Press , стр. 16–18, ISBN 978-1-4665-8263-7 .
- ^ Франц, Г. (2000), «Тенденции в области цифровых сигнальных процессоров», IEEE Micro , 20 (6): 52–59, doi : 10.1109/40.888703
- ^ Jump up to: а б Терротт, Пол (25 июня 2020 г.). «AMD достигает важной вехи в области мобильной эффективности» .
- ^ «Top 500 — Эффективность, Мощность,…» Архивировано из оригинала 10 мая 2022 года . Проверено 26 мая 2022 г.
Дальнейшее чтение
[ редактировать ]- Куми, Дж.; Нафцигер, С. (31 марта 2015 г.), «Закон Мура может замедлять, но не энергоэффективность» , IEEE Spectrum .
- Деннинг, Питер Дж .; Льюис, Тед Г. (2017), «Экспоненциальные законы роста вычислений», Communications of the ACM , 60 : 54–65, doi : 10.1145/2976758 , hdl : 10945/59477 , S2CID 1359609 .