Định luật Koomey sinh ra để thay thế Định luật Moore và giữ hành tinh xanh hơn

Định luật Moore là định luật được tạo ra bởi Gordon Moore - đồng sáng lập kiêm chủ tịch danh dự của Intel - vào những năm 1960 và vẫn còn hiệu lực cho đến ngày nay. Nhưng định luật này có thể sắp bị thay thế.

Định luật Moore đã không còn đúng với sự phát triển của công nghệ bán dẫn

Theo Định luật Moore, số lượng bóng bán dẫn trên chip sẽ tăng gấp đôi sau mỗi năm. Tuy nhiên, định luật này đang ngày càng trở nên khó đạt được khi thế giới tiến dần đến các quy trình sản xuất thấp hơn. Ngay cả khi các quy trình 3nm và 2nm có thể xảy ra nhờ nỗ lực thu hẹp kích thước bóng bán dẫn của ARM, câu hỏi lớn nhất là liệu Định luật Moore có thể tiến đến quy trình 1nm trở xuống hay không?

Quay trở lại những ngày đầu, chỉ có 2.250 bóng bán dẫn được nằm gọn trong một không gian có diện tích 12 mm², giờ đây hơn 100.000.000 bóng bán dẫn có thể được nằm gọn trong không gian 1 mm². Chip Apple M1 do TSMC sản xuất sử dụng quy trình 5nm được trang bị tổng cộng 16 tỷ bóng bán dẫn.

Trong blog ARM Blueprint, Giám đốc Công nghệ ARM Rob Aitken viết “Rõ ràng là lộ trình công nghệ không còn có thể tập trung vào việc tăng sức mạnh xử lý một mình nữa. Tăng hiệu suất từ các chip tương tự vẫn là ưu tiên hàng đầu và hiệu suất trên mỗi watt phải ở mức cao. Nhưng đó không chỉ là watt mà còn là năng lượng, lượng điện năng tiêu thụ theo thời gian”.

Về cơ bản, trong khi Định luật Moore là phép đo sức mạnh xử lý của một con chip thì Định luật Koomey được tạo ra vào năm 2010 sẽ đo lường số lần tính toán trên mỗi jun năng lượng tiêu tán. Từ năm 1945 đến năm 2000, con số này tăng gấp đôi sau mỗi 18 tháng (tăng 100 lần mỗi thập kỷ). Kể từ đó, con số này đã giảm và tăng gấp đôi sau mỗi 2,6 năm (16 lần mỗi thập kỷ).

Ủng hộ Định luật Koomey giữ hành tinh xanh hơn

Theo ông Aitken “Định luật Koomey được cho là phù hợp hơn với cách người tiêu dùng trải nghiệm máy tính ngày nay và là cách chúng ta nên sử dụng để xây dựng lộ trình công nghệ. Cuộc sống kỹ thuật số của chúng ta có xu hướng trải dài trên nhiều thiết bị, trong đó thời lượng pin và hiệu suất trên mỗi watt rất quan trọng.

Nói cách khác, khi xu hướng giảm thiểu việc sử dụng carbon vì lợi ích của hành tinh chúng ta được ưu tiên, lộ trình công nghệ không còn nhất thiết phải đặt công suất xử lý lên hàng đầu khi so sánh với tiết kiệm năng lượng và giữ cho hành tinh xanh hơn.

Có lẽ nhận xét thú vị nhất mà Giám đốc Công nghệ của ARM đưa ra trên blog của mình là “Định luật Moore và Định luật Koomey không phải là quy luật tự nhiên mà là những quan sát về hướng công nghệ, và chúng ta có thể sử dụng chúng để xem mọi thứ có thể đang đi đến đâu. Định luật Moore đã dẫn các nhà sản xuất chip để tập trung vào việc tăng sức mạnh xử lý theo thời gian”.

Trong khi đó, Định luật Koomey liên quan đến việc có bao nhiêu phép tính có thể được sử dụng cho mỗi đơn vị năng lượng được sử dụng. Việc quan sát “định luật” này có lợi cho môi trường và ông Aitken nói rằng việc tối đa hóa hiệu suất trên mỗi watt là điều đã có trong ARM ngay từ đầu hình thành. Đại diện ARM từng nói “Khả năng kết nối không thể phải trả giá bằng hành tinh của chúng ta. Để giảm thiểu tác động môi trường của công nghệ, chúng tôi mong muốn tận dụng kiến ​​thức chuyên môn của mình trong lĩnh vực máy tính công suất thấp để thực hiện nhiều công việc hơn trên mỗi Watt, mang lại cơ hội duy nhất để thúc đẩy kết nối đồng thời giảm mức tiêu thụ carbon”.

Mặc dù tập trung mới vào môi trường, năng lượng và xử lý năng lượng thấp dựa vào Định luật Kooney như mô tả của ông Aitken, Định luật Moore vẫn còn một khoảng thời gian nữa mới kết thúc. TSMC sẽ sản xuất chip 4nm trong năm nay và chip 3nm bắt đầu từ nửa cuối năm sau. Cả TSMC và đối thủ của họ, Samsung Foundry, đều có kế hoạch sản xuất chip 2nm. Tuy nhiên, mọi thứ vẫn tiếp tục diễn ra khi ngành công nghiệp sản xuất chip bắt đầu tiến tới nút quy trình 1nm.

Được biết, các xưởng đúc đã được hỗ trợ bởi những công nghệ mới như EUV (khắc cực tím) cho phép các xưởng đúc đánh dấu các tấm wafer để đặt hàng tỷ bóng bán dẫn. Cho dù một số công nghệ mới có được phát triển để giúp Định luật Moore tiếp tục duy trì thì Định luật Koomey có thể tiếp tục gây được tiếng vang khi các nhà sản xuất chip bắt đầu tập trung vào năng lượng thay vì sức mạnh xử lý.