أثر عملية توسيع نطاق تكنولوجيا المعلومات أداء المصانع وكفاءة الطاقة

فهم هذه المعايير أمر أساسي لأن هياكل نظام إدارة الدعم الميداني حساسة بوجه خاص بالنسبة لهوامش التوقيت وأنماط الوصول إلى الذاكرة، ويمكن أن يؤدي تغيير مسار العملية إلى تغيير التوازن الأمثل بين عمق خط الأنابيب وحجم المضاعفات ووصلات الذاكرة.

أثر التصعيد على أداء عملية نظام الأفضليات المعمم

وتتخصص مجهزات نظام إدارة الدعم الميداني في عمليات التراكم المتعدد، والفرز، والاختبارات، وغير ذلك من أجهزة قياس الإشارات، وتحسن عملية تحسين أدائها من خلال ثلاث آليات مترابطة: ارتفاع ترددات الساعة، وزيادة الذاكرة في العينات، وملفات التسجيل، ودعم تعاطف البيانات الأوسع نطاقاً (التكافل المتعدد البيانات) في مجال التعليمات.

تواتر ووقت المريخ

فخفض تأخير البوابة يسمح لبؤر نظام الأفضليات المعمم بالعمل في ترددات أعلى دون زيادة الفولط، فعلى سبيل المثال، قد يحقق نظام الأفضليات المعمم المصمم على أساس رقم 28 لام، 1.2 غيغاهيرتز، بينما يمكن أن يتجاوز نفس الهيكل الموصوف إلى 7 نم 2.5 غيغاهيرتز - أكثر من مضاعفة الناتج الخام في حجم العمل المصاحب، غير أن زيادة التردد وحدها لا تكفي؛ وكثيرا ما يلزم أن تكون خطوط الأنابيب الأعمق وتنبؤات الفرعية محسنة مصممة للحفاظ على

كثافة المترجمين والعقيدة المعمارية

وقد تمكن المصممون المعماريون من دمج المزيد من وحدات حركة النقل البحري، وممرات كهربائية أوسع، ومعجلات مكرّسة للوفاة نفسها، وقد يحتوي نظام الأفضليات المعمم على 16 إلى 32 وحدة من وحدات الحركة في كل نواة، مقارنة بـ 4 إلى 8 وحدات في تصميمات سابقة من طراز 45 نانو متر، مما يتيح لب واحد تنفيذ مراحل متعددة من الإشعاعات المتوسطة الأجل في موازية، مما يقلل بدرجة كبيرة من سرعة الاتصالات غير المستقرة.

كما أن نطاق الترددات التذكارية يُعدّ أيضاً مقياساً مناسباً، حيث توفر خلايا الأشعة دون الحمراء المُشَدِّدة أكواباً أكبر من L1 وL2 وذاكرة خدش دون زيادة متناسبة، مثلاً، فإن الانتقال من 28 ميلاً إلى 7 نانو متراً سنوياً يُقلّد كثافة الأشعة دون الحمراء المُدمجة، مما يمكِّن أجهزة دُسرِّن من الاحتفاظ بمعاملات أكبر أو من وزناً.

تعزيزات التعليمات

ومع توافر المزيد من المترجمين، تتطور هياكل التعليمات - التعليمات لتشمل تعليمات متخصصة بشأن العدد المعقد من الخياشيم، والتقريب، والتشبع، والتنويم البسيط، وكثيرا ما تنفذ هذه التعليمات كآلات حكومية مصغرة، وتخفض عدد الدورات لكل لجنة من اللجان المتعددة الأطراف، وتحسن كثافة الرموز، وبالتالي، فإن التوسع يتيح تعظيم البرمجيات في تكييف نظام الإبلاغ المتكامل عن السلعي بحيث لا يضاهي أنماط تجهيز الإشارات.

ومن الأمثلة التوضيحية: يمكن لـ 14 ميغاغرام من الـ دي إس إس إس إس أن يجهزوا جهازاً من نوع 256 كيلو فولطياً في حوالي 1.2 ميكروغرام من وزنه 1.5 جيهرتز؛ كما أن نفس الخوارزمية على شكل 7 نانو متر من نفس النسق الأساسي في 0.6 ميكروغرام في 2 جيهرتز - 2 ×، مع مضاعفة وحدات الـ (MAC) فإن المكاسب الحقيقية من الناتج من 3 إلى 4 لكل جيل هي مكاسب مشتركة في حلقة متداخلة.

الأثر على كفاءة الطاقة

إن كفاءة الطاقة - قياساً على مستوى الشبكة العالمية للجهات المعنية بالطاقة/الدول (التعاونات لكل واط) - هي أهم مقاييس تطبيقات نظام الأفضليات المعينة بالبطارية والمقيدة حرفياً، وقد تحسنت عملية توسيع نطاق تطبيقات نظام الأفضليات المعينة تاريخياً، ولكن الآليات أكثر دقة من مجرد تخفيض الفولط.

تخفيض الطاقة الديناميكية

وتتناسب الطاقة الدينامية مع القدرة على التكرار في × فولتاغ2 ×، ويقلل التصعيد من قدرة كل مترجم وترابط، ويتيح أيضاً انخفاض حجم التشغيل، إذ يؤدي انخفاض من 1.0 في 28 ميلاً إلى 0.75 في الثانية في 7 نانو متر إلى انخفاض في الطاقة الدينامية لكل حدث تحويلي، حتى مع ارتفاع الترددات، وينتج عن ذلك انخفاض كبير في الطاقة الثابتة في كل تعليمة من المادة MAC.

التحديات التي تواجه القوة الشرائية والقصاص

فالقوة الثابتة، التي تهيمن عليها التسرب من المقابر الفرعية، تنمو بشكل مكثف مع انخفاض حجم العتبة، ويمكن أن تشكل التسربات عند مستوى أدنى من 28 نانو متراً، 30 إلى 50 في المائة من إجمالي قوة الشريحة في الولايات العقيمة، ويجب أن تستخدم خطط التسرب الكهربائية المتطورة أو المنفجرة، التي كثيراً ما تعمل في إطار نظام التحكم في الطاقة الكهرومغناطيسية، وتحيز الجسم، وتعدد المواقع، بحيث تُصُبُصُل، في عمليات التسريب، وذلك للحفاظ على التسرب المُب في عمليات التف.

وعلى الرغم من هذه التدابير، لا تزال القوة الثابتة تشكل شاغلاً كبيراً بالنسبة لتطبيقات نظام الأفضليات المعمم على الدوام، مثل الاستيقاظ الصوتي أو الاندماج في أجهزة الاستشعار، ولمواجهة ذلك، يعتمد المصممون على مدار الساعة، على مستوى الترددات العالية والتطور الدينامي للتردد على مستوى IPblock، مما يكفل فقط أن يستهلك المتعاطفون مع البيانات النشطة القوة الدينامية.

مقاييس الكفاءة في عمليات تعبئة المعلومات في العالم

ومن الأفضل أن تتجلى التحسينات في كفاءة استخدام الطاقة من خلال مقارنة برامجيات الدعم التي تُجرى عبر الأجيال، وتبين دراسة عن النواحي الأساسية لنظام الأفضليات المعمم المُستخدمة من خلال النواتج ما يلي:

• 28 nm] –~50 GOPS/W at 1.0 V, 1.2 GHz
• 16 nm FinFET] - 120 GOPS/W at 0.85 V, 1.5 GHz
• 7 nm FinFET] –300 GOPS/W at 0.75 V, 2.4 GHz

وتفترض هذه الأرقام خطا نموذجيا لنظام إدارة الدعم الميداني يضم ٨-١٦ وحدة من وحدات لجنة الهدنة العسكرية و ٢٥٦ كيلوبايت من الذاكرة المحلية، ويتيح التحسين في × ٦ من ٢٨ ميلا بحريا إلى ٧ نمساوي حالات استخدام جديدة مثل تجهيز الرادار في الهواء الطلق وفحص صوتي عالي الاستبانة كان غير عملي في السابق بسبب ميزانيات الطاقة.

التجارة والتحديات الناشئة

وفي حين أن فوائد التوسع واضحة، فإن الطريق إلى عقد عقد متقدم محفوف بالتعقيد والتكلفة المتزايدين، وهذه المبادلات تجبر مصممي نظام الأفضليات المعماريين على اتخاذ قرارات معمارية صعبة.

تكاليف التصنيع واليلد

وترتفع التكلفة لكل وورفر ارتفاعا حادا في كل عقدة بسبب السيرة الذاتية المتقدمة (الأشعة فوق البنفسجية القديمة، أو الأوربية، عند 7 نانو وما دون)، وخطوات نمطية متعددة، وازدياد مجموعات القناع، ويمكن أن تزيد تكلفة مجموعة القناع 5 نانو متر عن 5 ملايين دولار، كما أن غلات السلاسل الجديدة غير مقبولة في البداية، وبالنسبة للمرافق التجارية ذات الحجم الكبير التي تستخدم في الهواتف الذكية ومعدات الربط الشبكية

الموثوقية والتغير

ومع اقتراب أبعاد المترجمين من النطاقات الذرية، فإن تقلبات العمليات - تقلبات الدومنات، وخط الحافة، وخط التقلبات التصاعدية، وتقلبات الفولطية العتيقة - التي تزداد وضوحاً، وهذا التقلب يمكن أن يسبب فشلاً في التوقيت في مسارات مقياسية حرجة، لا سيما في عمليات التحلل السريع، ويجب على المصممين أن يدمجوا تحليل التوقيت الإحصائي وتحيز الجسم التكييف لضمان عدم استقرار درجات الحرارة المحيطة.

اضطرابات الحرارة و الكثافة الحرارية

وحتى فيما يتعلق بانخفاض الطاقة الكهربائية للمروحة، زادت كثافة الطاقة العامة - النفايات لكل مليمتر مربع عند عقد متقدم، وقد يؤدي تنفيذ قاعدة بيانات رقمية تبلغ ٧ مليمتر في إطار نظام الأفضليات المعمم إلى توليد أكثر من ١٠٠ و/أو ٢، مقتربة من حدود التبريد التقليدي للهواء، وهذا القيد الحراري الذي كثيرا ما يُحد ِّد مصممي القوى من مركز الترددات المتطاولة أو تنفيذ سياسات متطورة ذات الأداء الحراري.

" The end of Dennard scaling has shifted the focus from pure frequency scaling to architectural innovation and specialized acceleration. DSPs, with their regular datapaths and predictable memory access patterns, are well-positioned to exploit the transistor density that advanced nodes provide - but only if designers carefully manageage and thermal budgets. " [FLT: 201]

الاتجاهات المستقبلية: ما بعد التصعيد التقليدي

ونظراً لأن قانون مور يبطئ، فإن صناعة شبه الموصلات تستكشف عدة سبل لمواصلة تحسين أداء وكفاءة نظام الأفضليات المعمم دون الاعتماد فقط على الانكماش الجغرافي.

3D Integration and Heterogeneous Packaging

ويمكن أن يؤدي التعبئة الثلاثية الأبعاد للتغذية إلى تقطيع الذاكرة مباشرة على أساس منطق نظام إدارة الدعم الميداني، مما يقلل بدرجة كبيرة من طول الوصلات وطولها، وعلى سبيل المثال، فإن شريحة من نظام إدارة الدعم الميداني تدمج مع مجموعة عالية من الذاكرة، وتستعمل من خلال أجهزة قياس القدرة على الاتساع، ويمكن أن تحقق مقياساً للذاكرة يتجاوز 1 B/s-critical بالنسبة لتجهيز الرادار والدار.

ويتيح التكامل غير المتجانس أيضاً اختلاط النواة الأساسية لنظام الأفضليات المعمم التي تستند إلى صيغة منطقية متقدمة (مثلاً 5 نم) مع لبنات متماثلة/نموذجية على عقد أرخص وأقدم (مثل 28 نانوماً). ويُحدِّد هذا النهج التكلفة إلى أقصى حد دون التضحية بالأداء الرقمي.

New Channel Materials and Transistor Architectures

وقد تغلبت الشركات المالية على مدى 16 ميلاً نانوتراً إلى 3 أمتار، ولكن المرحلة التالية من عمليات نقل البيانات النانوية - التي تُجرى على نطاق واسع - والتي تُستخدم في تحسين الرقابة الكهروستانية والتسرب الأدنى، وقد أظهرت عملية " سامسونغ " التي تبلغ 3 ميغاواط انخفاضاً في الطاقة في الأداء نفسه مقارنة بشركة " FinFET " ، وهذا يترجم مباشرة إلى حياة أطول في مجال مكافحة البطاريات النقالة.

وفيما عدا السيليكون، يقوم الباحثون بالتحقيق في مواد الـ2D مثل كبريتيد المولىبدينوم (MoS2) ونانووب الكربون (CNTs) بالنسبة للندوات المستقبلية، وفي حين أن هذه المواد لا تزال تجريبية، فإنها تعد بالنقل القريب من المسابقات والتسرب المنخفض للغاية، مما يمكن من استخدام نظم الـ دي بي إس بي أي التي تعمل في الفقرة الفرعية 5-5.

Domain — Specific Architectures

وبدلاً من بناء برامجيات عامة الغرض ذات طابع احتكاري، يقوم العديد من البائعين الآن بتصميم معجلات خاصة بكل مجال من أجل مهام مثل نظام " فورت " ، أو تعدد المصفوفات، أو استخدام الشبكة العصبية، وتستفيد هذه المعجلات أكثر من ذلك لأنها تتبادل المرونة في الكفاءة الأولية، ويمكن لمعجلات مخصَّصة على جهاز توجيه متعدد الأطراف/مركبة كهربائية تعمل على نحو أفضل من نظام الأفضل/مركبة كربونية كربونية تعمل بالعجلات متعددة.

عملية فولاذية

ويمكن أن يؤدي حساب الحد الأدنى من الأرض، حيث يعمل المنطق في فولتات فوق عتبة المترجم (0.4 إلى 0.6 V)، إلى خفض الطاقة لكل عملية بنسبة 5 إلى 10 × بالمقارنة مع الفولط الاسمي، وفي حين أن انخفاض الأداء يُعتبر مثالياً لمهام نظام الأفضليات المعمم القائمة دائماً مثل تحديد أو تكييف المواد المرجعية الرئيسية، فإن التوسع التكنولوجي في عملية التصميم يجعل التشغيل شبه المخفض أكثر قابلية للتأثر بتكييف الإحصائي

خاتمة

أما عملية توسيع نطاق تكنولوجيا العمليات فهي محرك قوي للنهوض بأداء مجهزي نظام الدعم الميداني وكفاءة الطاقة، ولكن العلاقة قد زادت تعقيداً بوصفها نهج الحدود المادية الأساسية، ومن 28 ميغاغرام إلى 3 ميغاهات، فإن كل نمود جديد قد حقق مستويات أعلى من سرعة تشغيل الوحدات الخردة، ومن حيث الطاقة الأقل لكل تطبيقات التشغيل في إطار نظام النقد المتعدد الأطراف من حيث التوقيت الحقيقي، مما يتطور من حيث التكلفة.

External links:]
Moore’s Law – Wikipedia
] 3D Integration Technology Overview – Wevolver