Проблема с ядрами
Всем доброго времени суток! Можете мне накидать минусов, но это сообщение не для того, что бы посмешить вас с утра в туалете. И оно никогда не попадет в "Горячее".
Так вот, такая проблема - стоит мама Asus p8h61 и ещё там дальше пошло-поехало - ноунейм, в интернете именно по такому названию ничего нет. Только находит Asus p8h61. Стоит процессор i3 - 3220T. В настройках биоса есть пункт "Активные ядра" и там модна выбрать - все или 1. Разницы нет, работает всегда только одно. Хотя определяет, что у процессора два ядра. Жёсткого диска нет, загрузился з флешки Linux Mint, сделал тест железа - также пишет, что два ядра, одно активное. Что делать? Как в биосе включить второе ядро? Сброс (со вставленным процессором) делал - не помогло. Прошивку так на эту определенную модель и не нашел. Пишет, что версия биоса 2013-го (мамка и процессор родом с тех времён) но вот ревизия платы - крестики. Очень прошу о помощи - уже везде облазил - нет ничего. Заранее спасибо!
Установи винду, семерку например, далее так: windows+R, msconfig, жмешь энтер, на вкладке Загрузка выбираешь Дополнительные параметры. вверху ставишь галочку в строке Число процессоров, и тогда в раскрывающемся списке под этой строкой можно выбрать сколько ядер одновременно будет использоваться
ядра чистый изумруд должны быть, тогда и проблем не будет )
Усмиряем гнев процессоров Zen3 в Linux, или downclocking для AMD
Синопсис.Недавно проапгрейдился с Ryzen 5 1600af на популярный 5600x. Процессор, конечно, весьма шустрый, но к моему невероятному удивлению оказался ГОРАЗДО более шумным в частичной нагрузке по сравнению с 1600-м, нагрузку на который невозможно было понять по звуку кулера.
Причиной тому является довольно агрессивный режим управления бустами, сделанный в угоду максимальной производительности однопотока. Я, как ультимативный любитель тишины, должен был как-то ситуацию исправлять, мириться с постоянными изменениями звука кулера я не хотел.
Рецепт, кажется, простой - немного урезать частоту буста программно. Однако сие требует некоторых приготовлений. Внимание! Если вы что-то сломаете - я не виноват))
Дефолтный драйвер управления частотами acpi-cpufreq не подойдет (он не знает про бусты), нужен новый amd-pstate, присутствующий в ядрах начиная с 5.17, слава Габену лучезарному.
Как установить свежее ядро - зависит от вашего дистрибутива, в Ubuntu можно взять из kernel ppa, в Manjaro все делается штатными средствами настроек.В итоге мы должны получить что-то типа:
# uname -a
Linux alex-b450ms2h 5.17.9-1-MANJARO #1 SMP PREEMPT Wed May 18 09:20:53 UTC 2022 x86_64 GNU/Linux
Теперь нужно включить драйвер параметрами ядра. Внесем в /etc/default/grub:
GRUB_CMDLINE_LINUX_DEFAULT="<старые параметры> amd_pstate.shared_mem=1 initcall_blacklist=acpi_cpufreq_init"
Потом сделаем grub-update. Теперь можно перезагрузиться и проверить наличие нового драйвера:
# cpupower frequency-info | grep driver
driver: amd-pstate
Если дела все-еще не так, то нужно включить CPPC в биосе.
Теперь можно рулить частотой. Я выбрал 4.2 ГГц на максимум:
# cpupower -c 0-11 frequency-set -u 4200MHz -g schedutil
В итоге все тихо, холодно и спокойно в любой нагрузке. Поиграть частотой можно в зависимости от вашего кулера и запросов к тишине. Скажу сразу - снижение частот ОЧЕНЬ сильно и нелинейно влияет на энергопотребление, последний гигагерц этим камням дается большими ваттами.
Можно еще отметить, что для удобства мониторинга можно накатить zenpower3-dkms, но это уже другая история.
Часть 1. Устройство материнской платы. Как работает VRM, что такое чипсет, сокет, BIOS и немного о других компонентах на плате
Материнская плата - важная часть компьютера (ЭВМ), так как это основная плата, к которой подключаются все основные компоненты, такие как процессор, оперативная память, видеокарта, накопители и прочие устройства.
Она обеспечивает взаимодействие всех подключаемых к ней устройств, а представляет из себя многослойную печатную плату, на которой тонким слоем нанесены дорожки и установлены различные радио-элементы и разъемы.
Лишь небольшая часть проводников находится снаружи, большая их часть скрыта внутри самой платы, так как она состоит из множества слоев, и включает в себя слой заземления, несколько силовых и сигнальных слоёв. Снаружи плата покрыта диэлектрическим лаком, который защищает дорожки от короткого замыкания и внешних воздействий.
Сбоку платы находится 24-контактный разъём ATX, через него от блока питания, плата получает основные напряжения 12, 5 и 3,3 вольта, эти напряжения получают различные компоненты на самой материнской плате и подключённые через разъёмы, например USB или PCI Express
Чуть выше центра платы находится сокет, это разъём для установки процессора, состоящий из большого массива контактов и прижимной пластины.
(Определенные процессоры могут работать только с определенным типом сокетов)
Рядом с сокетом располагается 4(ATX12V) или 8(EPS12V) контактный разъём для питания процессора. На материнских платах предназначенных для установки мощных CPU, устанавливаются несколько таких разъёмов.
Но через них подаётся 12 вольт, а современные процессоры работают с напряжением чуть выше 1 вольта и это не фиксированное напряжение, в зависимости от нагрузки, оно может немного меняться, например: в простое, для экономии энергии и уменьшения нагрева, на процессор подаётся менее 0,8 В, а когда все ядра полностью загружены, оно возрастает до 1,4 в.
Поэтому вокруг процессорного сокета находятся модули регулирования напряжения или сокращённо VRM, они нужны для преобразования 12 вольт в напряжение необходимое процессору.
Один такой модуль или фаза, состоит из конденсатора, дросселя, двух мосфетов и драйвера. В современных платах драйвер и два мосфета объеденены в один корпус.
Драйвер управляет процессами открытия-закрытия транзисторов с частотой, задаваемой ШИМ-контроллером, а катушка и конденсатор сглаживают напряжение с транзисторов.
Для получения более стабильного напряжения на процессор используют несколько фаз питания, импульсы которых смещены друг относительно друга. Управляет ими ШИМ-Контроллер, который находится рядом.
Обычно устанавливают от 4 до 8 реальных фаз, так как используют столько же фазный ШИМ-контроллеры. Если на плате установлено к примеру 16 фаз, то производитель использует делители, то есть сигнал с одного канала ШИМ-контролера распределяется на два драйвера.
Физически фаз больше, но работают они синхронно и поэтому они не сглаживают пульсации, а лишь позволяют установить более мощный процессор и уменьшить тепловыделение элементов.
Так же рядом с процессорным сокетом размещаются слоты для установки модулей оперативной памяти. У современных модулей рабочее напряжение 1.1 в, поэтому рядом со слотами тоже есть цепи питания, которые преобразовывают напряжение, но для DRAM используют одну или две фазы.
Количество слотов на материнской плате, зависит от контроллера памяти, который находится в процессоре или в северном мосте. Обычно это двухканальный контроллер, то есть шина памяти у него разделена на два канала, что позволяет осуществлять доступ к памяти не один раз за такт контроллера, а два.
На каждый канал можно установить до двух модулей DRAM, что даёт возможность установить 4 модуля оперативной памяти, если на материнской плате есть для них слоты. (Многие контроллеры памяти позволяют осуществлять доступ к памяти не один раз за такт контроллера, а два. Двухканальный режим означает, что два канала памяти будут работать параллельно, это повышает производительность)
В более мощных системах используется четырёхканальный контроллер и к плате можно подключить 8 модулей.
Есть несколько вариантов разводки шины DRAM: обычно используется Прямая, T-образная топология или Daisy Chain.
Прямая топология используется в ITX платах с двумя слотами памяти. С ней можно добиться высоких частот памяти при заполнении 2 слотов. (Электрические характеристики наилучшие)
Т-образная, оптимизированна для заполнения всех слотов памяти, у неё длина проводников до двух модулей одинаковая и с ней можно добиться хороших частот памяти при заполнении всех слотов, но стабильность работы при заполнении 2 слотов будет хуже.
Daisy Chain оптимизированна для установки одного модуля на канал, у неё длина проводников меньше чем с Т-образной и с ней можно добиться больших частот памяти, но стабильность работы при заполнении всех слотов, хуже.
Ниже слотов памяти, в левой части платы размещают разъемы PCI Express. Эти разъёмы предназначены для установки плат расширения.
Они бывают несколько типов, с разным количеством выделенных линий. X16 используются в основном для установки видеокарт, а остальные слоты для установки других плат расширения, например звуковых карт.
Маломощные карты получают питание от самого слота. В качестве силовых линий используются выводы на левой части разъема. Через них подключаемое устройство получает +12 и +3.3 вольта.
Так как пикабу не разрешил вставлять картинки в более длинный пост, продолжение во второй части
Часть 2. Устройство материнской платы. Как работает VRM, что такое чипсет, сокет, BIOS и немного о других компонентах на плате
С помощью контактов на правой стороне происходит обмен данными. 8 контактов формируют одну линию PCI-E. 2 контакта используются на приём, два на передачу и 4 контакта земли. (Обмен сигналами производится с помощью дифференциальных сигналов по двум проводам, за один цикл передается 1 бит данных. При этом одновременно используется два сигнальных пина и два контакта земли.)
Скорость передачи данных через слот зависит от количества задействованных линий и версий PCIe. Их существует 5 версий и все они полностью совместимы. То есть при установке устройства с интерфейсом PCI Express 5.0 в плату с версией 4.0 устройство будет работать, но на скорости старой версии.
(Чем больше выделенных линий тем больше высокоскоростных устройств можно подключить к плате.)
Так же, рядом с разъемами PCI Express, иногда устанавливают разъём PCI — он нужен для подключения старых плат расширения и сейчас практически не используется.
Ещё на плату устанавливают один или несколько разъёмов М. 2(NGFF). Этот разъём используется для подключения специальных SSD и карт расширения. Их бывает 2 типа, с «B» и «M» ключом.
Правее, под радиатором находится главный элемент материнской платы, это чипсет. Именно от него зависит какой процессор и какой тип оперативной памяти можно установить, сколько устройств можно подключить и как быстро, и стабильно все они будут работать.
Если посмотреть на блок схему, то видно что чипсет, состоит из двух микросхем: Северного моста и Южного.
Северный мост обеспечивает работу самых быстрых узлов компьютера. Он управляет работой шины процессора, контроллера ОЗУ и шины PCI Express. Именно он определяет какой тип памяти можно установить, её максимальный объём и в каких режимах она может работать. В некоторых случаях северный мост может содержать встроенный графический процессор.
(Во многих случаях именно параметры и быстродействие северного моста определяют выбор реализованных на материнской плате шин расширения (PCI, PCI Express) системы
Северный мост соединён с южным мостом посредством специальной шины или через несколько каналов из шины PCI Express.)
Южный мост обеспечивает работу медленных устройств: накопителей, портов ввода/вывода, сетевых интерфейсов и многих других. Он управляет связью между медленными компонентами
Северный и южный мост это классическая схема, в современных системах функции северного моста переносят в центральный процессор, из-за чего уменьшаются задержки и увеличивается производительность всей системы.
Поэтому чипсет в новых платах представлен одной микросхемой — южным мостом.
Так же важна микросхема BIOS. BIOS — это базовая система ввода-вывода, программа записанная во флэш-память, которая отвечает за проверку работоспособности контроллеров, встроенных в материнскую плату и большинства подключённых к ней устройств. Именно BIOS устанавливает базовые параметры работы, например, частоту работы системной шины, контроллера памяти, процессора.
(Иногда используют две микросхемы, для хранения текущей версии и резервная)
Рядом находится 3х вольтовая батарейка, она питает схему часов и память CMOS. Без неё бы сбрасывалось системное время и параметры работы некоторых устройств.
(CMOS-энергозависимая память с настройками BIOS)
На правом краю платы размещают SATA порты, они служат для подключения накопителей с интерфейсом SATA. Обычно с помощью чипсета реализуют 4 порта, а остальные с помощью внешних дополнительных контроллеров.
(Существует три версии SATA, это SATA 1.0, SATA 2.0 и SATA 3.0. Все эти версии полностью совместимы и отличаются только скоростью передачи данных. Для SATA 1.0 скорость составляет 1.5 Гбит/с, для SATA 2.0 – 3 Гбит/с, а для SATA 3.0 – 6 Гбит/с.)
На левом краю материнской платы размещают Мультиконтроллер (Super i/o).
Он следит за состоянием платы, мониторит напряжения, следит за показаниями температурных датчиков и задает скорость вращения подключенных вентиляторов. В некоторых платах отвечает за устаревшие порты ввода-вывода, такие как COM порт и PS/2.
Под мультиконтроллером обычно находится звуковая подсистема состоящая из аудиокодека, резисторов и твердотельных конденсаторов. Кодек содержит в своём корпусе ЦАП и АЦП, что позволяет воспроизводить и принимать звук всего одной микросхемой.
Если посмотреть на схему, то легко понять как работает интегрированный звук. Центральный процессор полностью кодирует сигнал, а южный мост обеспечивает обмен данными.
В современных платах для уменьшения помех и наводок, аудиотракт изолируют от остальной части платы, а левый и правый канал размещают на разных слоях текстолита.
Так же в левой части платы находится панель с разъёмами для подключения внешних устройств – клавиатуры, мыши, флешек и многого другого.
Сбоку панели находятся микросхемы, которые обеспечивают работу этих портов, обычно устанавливают Ethernet и usb Контроллеры.
Помимо этих микросхем, есть много дополнительных элементов обеспечивающие работу платы. Например, ре-драйверы - это усилители сигнала шины. Есть свитчи PCI Express, помогающие процессору и Южному мосту управлять слотами PCIe, распределяя линии по устройствам.
Есть несколько кварцевых резонаторов, задающие базовые частоты. Так же есть внешние генераторы частот и специальные контроллеры, которые задают и управляют частотами шин.
В самой нижней части платы, размещают разъёмы для подключения помп СЖО, термодатчиков, аудиокабеля, есть колодка для кнопок и индикаторов передней панели корпуса, есть кнопки или перемычки для сброса настроек BIOS и переключения режимов работы.
Устройство материнской платы показано на примере форм фактора EATX, существует множество стандартов плат с разным размером из-за чего их устройство может показаться разным, но отличаются они лишь плотностью компонентов, расположением и количеством разъёмов,
так что на этом всё.
Супер компактная многопроцессорная система
Ответ на пост «Конец эпохи кремния. Процессоры будущего»
Основная проблема "проблемы кремния" это её не актуальность для 90% потребителей.
Подавляющее число станков, поездов, ракет и прочих повсеместно распространённых серьёзных "железяк" работают на процах сильно больше даже рекламных 7нм, сильно. То есть промышленность с этой проблемой не знакома и не встретится ещё много лет.
Суперкомпьютеры действительно упираются в производительность, но просто потому, что она им бесконечная нужна в уделе. Сейчас это решается банальным объединением кучи отдельных компонентов в одного франкенштейна, а в будущем 100% ребята перейдут на квантовые компьютеры, которые ни производству, ни обывателям нафиг не нужны.
И остаются только игровые приставки и ПК, на которых, собственно, и держится весь движ "быстрее, выше, сильнее" в среде процессоров. Вот только в реальности эти мегацифры нафиг тоже не нужны никому, кроме ничтожного процента отбитых оверклокеров.
По итогу вся истерия держится только на маркетинге производителей, которым нужно продавать одни и те же яйца одним и тем же дятлам. А как это делать, если процы уже под максимум развиты, разогнаны на заводе и, по факту, каждое следующее поколение нифига не отличается от предыдущего? Нужна новая реклама "сверхтехнологичного" прорыва.
Конец эпохи кремния. Процессоры будущего
Эпоха кремниевых чипов подходит к концу. Новые процессоры выходят горячими, а про закон Мура все забыли. Неужели развитие электроники остановится? Какими будут процессоры будущего? Есть ли замена кремнию?
Пока еще новые техпроцессы худо-бедно появляются: В 2026м TSMC обещает нам 2-нм чипы, а может слегка раньше появится непонятный техпроцесс Intel 20A. Но вы же знаете, что это маркетинг. Качественного уменьшения размера транзистора нам ждать не стоит.
И причина тут в физике — минимальный размер затвора кремниевого транзистора составляет 5 нм. Пять кремниевых нанометров – это предел. При меньшем значении просто не получится создать транзистор — он не будет работать как переключатель, электроны будут свободно туннелировать через его канал не обращая внимания на запрещенную зону. Иными словами, такой транзистор будет всегда включен — так что никакой магии вычислений не будет. И чем меньше маркетинговый техпроцесс — тем ближе мы к этому физическому пределу, и тем существенней становится эффект туннелирования, мешая проводить вычисления.
Конечно, чипмейкеры всеми силами пытаются эту проблему решить — так, можно уменьшать другие части транзистора, или делать затвор хитромудрой формы — например, в виде плавника, откуда и пошла технология finfet в которой транзисторы по сути трехмерные.
Однако все эти ухищрения привели к тому, что плотность транзисторов в чипах серьезно выросла, и сейчас в кусочке кремния размером с ноготь могут быть сотни миллиардов крошечных переключателей, активно выделяющих тепло при работе друг над другом. И отвод тепла от этого бутерброда — серьезная проблема.
Что, если не кремний?
Глядя на все эти проблемы, вызванные кремнием на закате жизни, возникает вопрос — а почему бы не сменить этот химический элемент на что-то другое? Ведь едва ли он такой один в таблице Менделеева, насчитывающей уже больше сотни элементов. Все верно — не один. Существует такой металл как германий, из которого также можно делать полупроводники.
Более того, первые транзисторы в конце 40ых именно из этого металла и делали. У него в три раза выше электропроводность, меньше напряжение — а значит и потери тепла — на p-n-переходе и меньше сопротивление открытого канала — в общем, германий кажется лучше кремния в полупроводниках, однако уже к 60ым от него почти полностью отказались.
Причин было сразу три. Во-первых, этот металл гораздо дороже и встречается реже кремния, которого почти 30 % в земной коре. Кремний там второй после кислорода.
Во-вторых, у германия гораздо меньше термостабильность, то есть при нагреве он быстрее теряет свои характеристики, к тому же есть проблемы с окислением.
Ну и в-третьих, у него хуже теплопроводность — то есть отводить тепло сложнее, чем от кремниевого чипа. Все это привело к тому, что эпоха германиевых компьютеров оказалась такой же короткой, как и ламповых — дальше пришлось переходить на кремний.
Эпоха чистого германия закончилась лет 60 назад. НО мы живем во времена продвинутых сплавов и сложных химических соединений. Вспомните Т-1000 из терминатора 2! Неужели нельзя прокачать германий, чтобы он стал лучше кремния для производства полупроводников? Оказывается, можно, и такое вещество зовется германан. По сути это как графен, только из германия – тонкая одноатомная пленка. Ее производство – отдельный вид искусства, когда сначала делается слоеный пирог из графена и кальция, после чего последний вымывается водой, которая в процессе отдает свой водород, делая германиевые связи прочнее и позволяя отделять однослойные пленки этого металла.
Как оказалось, такие пленки проводят ток в десять раз лучше кремния, да и вопросы с охлаждением тут не стоят так остро. Но, разумеется, все еще до коммерческого производства пока далеко – создавать германан научились лишь в лабораториях, и пока нет ни одного готового чипа на его базе. Однако германан – это еще не все, есть другое соединение на базе которого даже удалось создать полупроводниковый чип.
Называется оно дисульфидом молибдена, или же - молибденит. Сейчас его в основном используют для создания различных сплавов, однако у него есть отличные полупроводниковые свойства, работающие при таких крошечных размерах, когда кремний окисляется до стекла. Так, ученым удалось довести толщину молибденита до 0.65 нм при полном сохранении полупроводниковых свойств.
И самое главное – удалось создать на его базе полупроводниковый фотодиод, который в 5 раз чувствительнее кремния. Это позволит создавать в будущем еще более светочувствительные матрицы для камер.
Но существуют ли идеальный химический элемент, который может заменить кремний? Да, это углерод. Это даже иронично – основа нашей жизни может стать и основой будущих терминаторов, хотя и надо признать, что в крайне необычной форме.
Называется это необычное соединение углеродными нанотрубками и представляет собой листы графена, которые свернули в рулон. И да, они также являются полупроводниками, причем атомной толщины, к тому же их электропроводность втрое выше кремния.
Интересно, что на основе таких углеродных нанотрубок уже удалось сделать первый чип с 14 000 транзисторов. Правда, его техпроцесс не поражает воображение – всего лишь около микрометра, то есть уровень кремниевых процессоров 80-ых годов, однако все же это полноценный чип, на котором уже удалось запустить программу уровня «привет, мир». В будущем ученые планируют уменьшать размер нанотрубок и тем самым создавать более быстрые и эффективные чипы – но все еще это достаточно далекое будущее.
Все это заставляет задать вопрос – а есть ли уже замена кремнию, которую может купить и пощупать любой человек, а не только пара ученых в крупных лабораториях? Да, есть – зарядки с нитридом галлия, или GaN. Этот полупроводник стал популярным в 90-ые, на его основе делались первые белые светодиоды и некоторые виды синих лазеров. Его особенность в том, что производить электронику на его основе можно на тех же заводах, где делают кремниевые полупроводники. Но при этом нитрид галлия имеет более широкую запрещенную зону, что позволяет ему работать при больших напряжениях или меньшем нагреве, чем кремний – и это свойство очень нужно в компактных зарядках, где его и стали активно применять.
Отказ от КМОП
Хорошо, с первым подходом разобрались – можно заменить кремний на другое вещество, до физического лимита которого еще далеко. Но ведь есть и второй путь – отказаться от привычных нам КМОП-транзисторов и перейти на что-то другое. КМОП расшифровывается как комплементарная структура металл-оксид-полупроводник, и подавляющее большинство современных микросхем базируется на этом принципе, который был изобретен еще в 60-ых.
И возникает логичный вопрос – а что если пойти совсем другим путем и не отказываться от кремния, а изменить сам принцип работы микросхем?
Этот подход схож со сменой процессорных архитектур: так, Apple показала, что ее ARM-чипы M1 могут быть и ощутимо мощнее, и ощутимо холоднее многих современных х86-чипов от AMD и Intel. Возможно, отказ от КМОП-транзисторов сделает тоже самое? Что ж, такие идеи действительно есть, причем уже не только на бумаге – существуют так называемые туннельные или TFETS-транзисторы.
Они работают совершенно по-другому в отличие от полевых транзисторов: если для последних туннелирование электронов – это провал, транзистор не может закрыться и превращается в проводник, то вот TFETS-транзисторы именно на этом эффекте и работают. Все дело в том, что туннелирование выглядит как обман физики: логично, что если у электрона не хватает энергии для преодоления потенциального барьера, то он остается за ним, если ему не сообщить недостающую энергию. Однако эффект туннелирования позволяет электронам даже с недостаточной энергией «просачиваться» через этот барьер.
Иными словами, это позволяет TFETS-транзисторам работать при меньших напряжениях, чем обычным КМОП. Более того, уменьшение размера затвора тут ничем не грозит – чтобы избежать избыточного туннелирования нужно просто еще больше снизить напряжение – что к тому же приводит к меньшему выделению тепла. Неужели победа? Увы, не все так просто.
Во-первых, для производства туннельных транзисторов необходим графен — только это вещество обладает нужными свойствами. Во-вторых, для работы таких транзисторов требуются сверхнизкие температуры – увы, водянкой тут не обойтись, нужен жидкий азот. Так что ученым еще необходимо провести множество исследований, прежде чем мы увидим первые гаджеты на TFETS-транзисторах.
И раз уж мы уходим от классических КМОП-транзисторов, нельзя не вспомнить про мемристоры – нет мемы, тут не причем. Мемристоры были разработаны на бумаге еще в 70-ых годах, и их название происходит от слов memory – память и резистор. И это отлично описывает их главную особенность – если резистор это просто электрическое сопротивление, которое никак не меняется, то вот мемристор обладает эффектом памяти. Иными словами, он изменяет свою проводимость в соответствии с количеством протекшего через него электрического заряда.
Это свойство позволяет идеальному мемристору быть сразу и энергозависимой, и энергонезависимой памятью. То есть объединять ОЗУ и SSD. И это может перевернуть наши представления о хранении данных. Загрузка системы больше не будет нужна – ведь вся информация из ОЗУ и накопителя будет храниться в одном месте. Отключение электричества больше не приведет к потере информации – мемристор, будучи энергонезависимым, сохранит последнее состояние. Загрузка любых данных ускорится в разы – ведь больше не нужно перекидывать информацию между ОЗУ и накопителем.
Звучит как фантастика? Да, но это уже реальность. Израильская компания Weebit Nano сообщила об успешном завершении тестирования SoC на модульной архитектуре RISC-V с блоком встроенной резистивной памяти ReRAM на 128 КБ. Такая память менее подвержена температурным колебаниям, радиации и другим негативным факторам, что делает её привлекательной для индустриального и военного сектора.
Ну а если уйти совсем в будущее, то мемристоры идеально подходят на роль искусственных синапсисов для создания максимально приближенных к человеческому мозгу нейросетей, причем конструировать их можно будет на стандартном микрочиповом оборудовании. Дело в том, что мемристор ведет себя очень похожим на синапс образом: чем больший сигнал через него пропускается — тем лучше он пропускает сигнал в будущем.
Это свойство идеально подходит для обучения терминаторов максимально реалистично подстраиваться под нас.
Меняем электроны на фотоны
Итак, мы рассмотрели два подхода: это замена кремния на другие вещества, и изменение принципа работы транзисторов. Что еще можно поменять? Ну, например, сами носители заряда и данных, электроны, в ряде случаев отлично заменяются фотонами. Многие слышали или даже пользуются технологией PON или GPON – оптической сетью, которая в крупных городах уже активно вытесняет медную витую пару, позволяя миллионам людей получать быстрый доступ в интернет.
Схожую технологию можно использовать и в компьютерах: передавать информацию при помощи света выгоднее, так как это позволяет получать широкую полосу пропускания, невосприимчивость к электрическим помехам и минимальный нагрев. Теоретически оптические соединения помогут снизить задержку и увеличить скорость взаимодействия между вычислительными блоками процессора и кэшем, или же между процессором и ОЗУ.
Ограничения медных проводников мы уже видим на практике, когда лишь первые слоты PCIe у новых процессоров Intel работают по новому протоколу 5.0, а чипы GDDR6X приходится располагать максимально близко к GPU.
Фотоника снимет все эти ограничения, что позволит компьютерам развиваться дальше, хотя и надо сказать, что это не решает проблему с физическим пределом кремния.
Квантовые компьютеры
Осталось рассказать о самом популярном и последнем возможном подходе, который меняет уже не саму физику, а всю логику работы компьютеров. Подавляющее большинство различной электроники вращается между нулем и единицей, присутствием и отсутствием заряда. Именно этот простейший принцип позволяет транзисторам считать, а ячейкам памяти хранить информацию. Но простейшее – не всегда лучшее: такой подход накладывает серьезные ограничения на многие задачи. Эти ограничения отлично обходят квантовые компьютеры. Для них ложки не существует – нет четких нуля и единицы. Они оперируют кубитами – квантовыми битами, которые имеют состояние ноль и один одновременно. Как это возможно!?
Простой пример. Сколько существует чисел, составленных из двух нулей или единиц? Очевидно, четыре: это 00, 01, 10 и 11. Для записи каждого потребуется по два бита, итого в сумме – 8 бит. А кубитов потребуется лишь два, то есть в четыре раза меньше.
Да, такой подход взрывает мозг. На деле все еще сложнее, ибо нельзя просто взять и получить результаты квантовых вычислений, так как система в каждый момент времени находится в произвольном состоянии, и попытка считать данные превратит ее в классическую. Но мы сейчас рассказываем не о принципах работы квантовых компьютерах - это отдельная тема, а о том, являются ли они будущим сложных вычислений. И ответ – да. Еще год назад китайский стартап Shenzhen SpinQ Technology продемонстрировал суперкомпьютер с двумя кубитами ценой всего в 5000 долларов.Буквально через несколько месяцев после китайцев нидерландский стартап QuantWare представил свой уже 5-кубитовый компьютер. Правда, его цена объявлена не была, но суть и так понятна: квантовые компьютеры становятся начинают появляться в массах, так что вполне возможно, что именно за ними будущее персональной электроники.
А пока, можно выдохнуть. Да, мы близки к пределу кремния, но на нем мир клином не сошелся. Хватает различных веществ, которые могут его заменить. Можно поменять даже принцип работы транзисторов, более того – саму логику работы компьютеров. Так что технологический прогресс не остановить – электроника будет продолжать развиваться, но в каком именно направлении – покажет будущее, если в этой ветке событий оно продолжит для нас существовать.
Хотите пересекаться чаще, жмите на кнопку подписаться. Вместе с нами следить за IT-новостями можно читая наш Телеграм-канал и группу вконтакте.
Иван Петрович Сидоров покупает компьютер. Август 2028 года. Гротеск - сказка
Герой нашей истории - Иван Петрович Сидоров - мастер сталелитейного цеха из Нижнего Тагила. Живет он в небольшом домике в 300 кв.м. с восемью спальнями, в ближнем пригороде, на берегу Верхне-Выйского водохранилища. У него семь детей, пять девочек и два мальчика.
Под конец летних каникул 2028 года дети Петровича дружно стали просить новый компьютер. Купленный еще в 2021 году компьютер с процессором Intel Core I7, с рабочей частотой 4,2 ГГц, оперативной памятью 32 гигабайта, SSD накопителем на 1 терабайт и видеокартой Nvidia RTX3060 категорически отказывался обеспечивать нормальные параметры для современных российских игр и интерактивных фильмов.
Например, любимая игра старшего мальчишки «Кинжал, Искандер и Авангард», основанная на событиях 2023 года, не шла выше 60FPS (60 кадров в секунду) что совершенно неприлично для лета 2028 года, а младшая девочка очень расстраивалась, когда её любимый интерактивный фильм «Розовые пони путешествуют по России 3D» работал только в 2D… А самое главное, поделить один компьютер на всех возможных пользователей было очень сложно.
Ситуация сложилась, время пришло. Старая техника ушла в прошлое… Осознав необходимость, и смирившись с неизбежной потерей суммы, достигающей 1000 рублей (по курсу августа 2028 года - примерно 80 000 долларов США), Иван Петрович отправился в магазин «Электроника», который уютно расположился в зеленом парке, недалеко от центра Нижнего Тагила, на улице Серова.
Петрович вызвал такси - небольшой пятиметровый автомобильчик ТойоЖига, подождал подачи машины пару минут, и через двадцать минут был в магазине. На входе в магазин Ивана Петровича встретил робот - консультант (машина тупая и бесхитростная). Робот выдвинул из своего корпуса покупательское кресло (куда и уселся уважаемый Иван Петрович), и поехал по аллеям магазина, попутно задавая Петровичу разные наводящие вопросы. За пару минут поездки между рядов холодильников, домашних роботов, телевизоров и экстрапроекторов, робот выспросил у Петровича все, что нужно было знать человеку - продавцу, и передал полученные сведения по 8G воздухсвязи (частота 8,2ГГц) младшему организатору отдела компьютеров. Задача была нетривиальной, и обычный робот - продавец очевидно с ней бы не справился.
Для того, чтобы подобрать Ивану Петровичу вычислительную систему нужно было учесть целый рад факторов:
1. Количество пользователей - 12, в том числе взрослых - двое, детей - семеро, два кота, собака. Соответственно, необходимо иметь два порта для 2D мониторов, 7 портов для 3D мониторов и 3 порта для «животных интерфейсов».
2. Система должна иметь доступ в Междусеть, со скоростью не менее 100 Мбит в секунду.
3. Система должна быть интегрирована с облаком «Российская школа», с доступом ко всем её образовательным ресурсам.
4. Система должна иметь возможность эффективной утилизации вырабатываемого тепла.
Младший организатор отдела компьютеров любезно встретил Ивана Петровича, и стал знакомить его с новейшими достижениями отечественной электронной промышленности. Самые большие в мире российские сверхбольшие интегральные схемы (СБИС) стали основой интереснейших вычислительных и роботизированных систем. Намного бОльшие как по размеру, так и по мощности, чем устаревшие Эльбрусы и Байкалы - новые процессоры Бештау, Белуха и Ветлан работают на частотах от 6 до 12 ГГц, имеют промежуточное хранилище первого уровня (кэш, если по-старому) не менее 512 Мбайт, а также очень красивое внешнее оформление, отдалённо напоминающие десятикилограммовые золотые слитки. Как по виду, так и по размеру.
Дело в том, что российские ученые приняли правильное решение не применять мелкие и дорогие в производстве технологические процессы 7 и 14 нанометров для приборов бытового применения, а использовать для этой цели легко исполняемые и недорогие изделия по технологии 90 нанометров. Ну и что, что процессоры получились большие и энергоемкие. Для России, обладающей бесплатной (в том числе и для населения) электроэнергией это не было проблемой. И достигнуть производительности в десятки раз превосходящей популярных в прошлом Intel Core i9 оказалось совсем не трудно, объединяя в стеки пятиядерные процессоры Бештау.
Посмотрев несколько каталогов, Иван Петрович остановил свой выбор на вычислителе ЭВОК (электронно - вычислительный образовательный комплекс) Бештау 5х5, на стеке из пяти процессоров Бештау, которые выпускаются большими сериями в городе Пятигорске. ЭВОК имеет достаточное количество внешних интерфейсов, как для людей, так и для животных, и даже для роботов, а избыточное тепло от работы системы отводится на внешний радиатор, который включается в систему отопления дома.
Иван Петрович оплатил 1048 рублей 27 копеек картой «Весь МИР», и отправился домой. А следом за ним поехала машина магазина «Электроника», в которую погрузили собственно ЭВОК, 2 больших 2D монитора с разрешением 20К диагональю 2 метра, 7 детских 3D монитора с разрешением 8К диагональю 1 метр, и комплектом очков виртуальной реальности, а также 3 интерфейса для животных, с маленькими мониторчиками по 2К.
Не буду подробно рассказывать, как систему привезли к Петровичу домой, как вся семья расстраивалась что такой изящный аппарат, поражающий изысканной отделкой натуральным деревом и алюминием, размером с небольшой холодильник, пришлось поставить в подвале, потому, что только там было удобно подключить ЭВОК к системе отопления дома, как всем членам семью поставили на рабочие столы мониторы, клавиатуры, крыс-манипуляторы и джойстики, как объединили всё по 8G воздухсвязи, все это было довольно быстро. А потом наступил вечер…
. Иван Петрович, сидя в удобном кресле, загрузил старую добрую игру Fallout 3, и с радостью отметив превосходное качество графики (200 FPS при разрешении 20К, на ультрах) решил вспомнить молодость, и провести пару часов во вселенной, которой никогда не было, и (к счастью) - никогда не будет. Вечер был тих и спокоен, и только легкий августовский ветерок лениво шевелил занавески на открытых окнах.
P.S. Техническая спецификация вычислителя ЭВОК Бештау 5х5:
Процессор: 5 пятиядерных процессоров Бештау 10 ГГц в стеке;
Оперативная память: Биоэлектронная, 512 Гб, рабочая частота 4,2 ГГц;
Накопитель первого уровня: SSD 8 Тб "Урал";
Накопитель второго уровня: HDD 256 Тб "Урал";
Модуль графики: Полюд 8060, 256 Гб собственной видеопамяти, с возможностью использования для графики до 50% оперативной памяти системы;
Количество подключаемых мониторов: 16, в том числе 8 3D дисплеев;
Междусеть (ранее - Интернет): до 256 МБит/сек;
Воздухсвязь (ранее - WiFi): 2048 МБит/сек;
Габариты (ВхШхГ): 1800 х 600 х 600 мм.
Энергопотребление: 6 КВт на максимальной производительности, 100 Вт в режиме простоя;
Возможности использования в системах отопления дома: 3 КВт в системе отопления или 2,4 КВт в системе горячего водоснабжения.