Liệu bộ vi xử lý (CPU) có còn mạnh hơn gấp đôi sau mỗi chu kỳ 2 năm?

Đóng góp bởi Mạnh Tuấn

01/01/23

Theo định luật Moore, các nhà sản xuất chip cho rằng cứ mỗi 2 năm, khả năng tính toán lại tăng lên gấp đôi. Vậy sẽ ra sao nếu điều đó không còn khả thi vào thời điểm hiện tại?

50 năm trước, Gordon Moore, người đồng sáng lập Intel đã mô tả quy luật làm nên tên tuổi của mình. Những gì ông nhận thấy đó là cứ mỗi 2 năm, số lượng điện trở có thể được trang bị trên 1 diện tích nhất định ở bo mạch sẽ tăng gấp đôi. Rồi đến khi mật độ bóng bán dẫn tương quan với hiệu năng, điều đó có nghĩa là sức mạnh tính toán tăng lên gấp đôi mỗi 2 năm. Đây được gọi là định luật Moore.

Ban đầu, chỉ một số hãng nhỏ lẻ của ngành công nghệp máy tính nhận ra được tầm quan trọng của điều này. Tuy nhiên, người ta chưa nhận biết được sức mạnh thật sự của sự nhân đôi.

Hãy nhớ về câu chuyện thần thoại về người phát minh ra cờ vua và vị hoàng đế. Khi được ban thưởng cho sự tìm ra trò chơi thú vị này, nhà phát minh đã xin đức Vua 1 hạt gạo đặt trên ô vuông đầu tiên của bàn cờ, 2 hạt ở ô thứ hai, 4 hạt ở ô thứ 3 và cứ thế tiếp tục. Nhà vua dễ dàng đồng ý mà không hề hay biết rằng, khi đến ô thứ 64 của bàn cờ, số hạt gạo ấy có thể chất cao hơn cả đỉnh Everest!

Nếu bạn liên tưởng ẩn dụ ấy cho sức mạnh tính toán, thì chúng ta đang ở ô thứ 25 trên bàn cờ - điều này giải thích lý do tại sao smartphone lại có sức mạnh xử lý mạnh mẽ hơn hẳn những chiếc máy tính khổ lớn của những năm trước. Điều đó cũng giải thích lý do vì sao nhu cầu của bạn cần nhiều sức mạnh tính toán hơn, chúng sẽ được giải quyết – có lẽ không phải trong nay mai, nhưng là trong vài năm tới. Định luật của Moore sẽ giải quyết điều đó.

Và quả thực, cho đến nay điều đó đã xảy ra. Các ngành công nghiệp bán dẫn đã tiếp tục nhồi nhét bóng bán dẫn càng nhiều hơn nữa vào những khu vực ngày càng nhỏ hơn trên các bo mạch. Nhưng ẩn đằng sau những phát triển tuyệt vời này luôn có một nền tảng, đó là các định luật vật lý.

Điển hình như các thành phần trên chip xử lý có thể nhỏ hơn và được nén ở mật độ ngày càng tăng, nhưng các electron phải di chuyển nhanh hơn nữa trên các bo mạch cũng càng ngày càng nhỏ đi, kết quả là những con chip đã trở nên quá nóng. Chúng cũng tiêu hao quá nhiều năng lượng.

Hiện nay, các tính năng của mạch trên bộ vi xử lý cao cấp là khoảng 14 nanomet (1 phần tỷ của 1 mét) và chúng ta cũng có thể hình dung được là ngành công nghiệp này còn có thể khiến chúng giảm xuống đến 2-3 nanomet. Tuy nhiên, chúng ta đang gặp trở ngại rất lớn, bởi hiệu ứng lượng tử sẽ xảy ra và khiến cho các thiết bị trở nên không còn đáng tin cậy. Như vậy, định luật Moore sẽ ngừng áp dụng!

Câu trả lời gợi ý của M.Mitchell Waldrop cho một bài viết tuyệt vời của tờ Nature tuần này là các nhà lãnh đạo đã né tránh các vấn đề này. Nó giống như trò đùa rằng sẽ cần bao nhiêu kỹ sư Microsoft để thay 1 bóng đèn. Câu trả lời chính là: Không có, Microsoft chỉ đơn giản định nghĩa bóng tối như là một tiêu chuẩn mới. Vì thế, họ cho rằng sức mạnh của việc xử lý chưa phải là vấn đề cốt lõi.

Và sau cùng, trong tương lai khi mà xu hướng sử dụng smartphone ngày một thịnh hành, các máy tính hầu hết mọi người sẽ sử dụng là smartphone, thì máy tính để bàn không còn là 1 sự lựa chọn tối ưu nữa. Nếu họ muốn có được sức mạnh tính toán, họ có thể chuyển sang điện toán đám mây được cung cấp bởi "elastic cloud" của Amazon, EC2 hay nền tảng Azure của Microsoft.

Nhưng đối với người dùng thông thường, những gì họ cần chỉ là khả năng xử lý để chạy các ứng dụng smartphone, GPS, chụp hình và các trình duyệt web. Và những gì họ quan tâm lo lắng là về trọng lượng, nhiệt độ, tuổi thọ pin, tính di động, kích thước và tất nhiên chi phí là quan trọng nhất.

Đây chính là sự chuyển đổi mô hình và Waldrop đã cung cấp bằng chứng cho thấy điều đó thật sự đang vận hành. Nó chỉ ra rằng kể từ những năm 1990, ngành công nghiệp bán dẫn đã vạch ra một con đường phát triển mỗi 2 năm để phối hợp với hàng trăm nhà sản xuất và nhà cung cấp nhằm tạo nên kết quả cho định luật Moore.

Nhưng điều đó nay đã trở nên lỗi thời. Con đường phát triển của ngành công nghệp sẽ được xây dựng vào những ngày tới sẽ là một kế hoạch nghiên cứu và phát triển, khi mà lần đầu tiên chúng ta không còn dựa vào định luật Moore mà nhìn vào các ứng dụng mà người dùng thực sự sử dụng và cố gắng tìm ra những loại vi xử lý cần thiết để vận hành chúng.

Định luật Moore đã tạo nên những bước phát triển tốt, nhưng nay nó đã bước đến hồi kết của một kỷ nguyên. Khi một kỷ nguyên kết thúc, một thời kỳ khác sẽ được mở ra. Đó là khi máy tính lượng tử được mong đợi.

Xem thêm

• Tìm hiểu RAM LPDDR4 có gì cải tiến hơn so với chuẩn cũ LPDDR3?
• Sang năm sau (2016), thế giới công nghệ sẽ có những xu hướng nào?