Прирост производительности компьютеров прекратится через 75 лет

Как сообщает InsideScience, двое физиков высказали мнение, что производительность компьютеров будет увеличиваться еще некоторое время, после чего достигнет своего предела, вызванного определенными объективными физическими законами природы. По их расчетам, это произойдет, приблизительно, через 75-80 лет, если процессоры и далее будут наращивать производительность такими же темпами, как и сейчас. Непреодолимым барьером для будущих чипов станет скорость света.

Еще около 40 лет назад один из основателей компании Intel Гордон Мур (Gordon Moore) высказал предположение, что количество транзисторов в составе процессоров будет удваиваться каждые два года, что способствует повышению их производительности. На протяжении этих 40 лет данное предположение постоянно подтверждалось и получило название Закон Мура. Отмечается, что современные процессоры работают в 30 раз быстрее устройств десятилетней давности. Однако в 2007 году Мур заявил, что его закон скоро перестанет действовать из-за препятствий фундаментального характера.

Теперь его слова подтверждают физики из Бостонского Университета (Boston University) Лев Левитин (Lev Levitin) и Томмасо Тоффоли (Tommaso Toffoli). Они утверждают, что если компоненты и далее будут уменьшаться, то, следовательно, будет быстрее происходить обмен информацией, но не быстрее скорости света, насколько малыми не удалось бы создать такие компоненты. По словам Левитина, никакая система не сможет преодолеть этот предел, независимо от ее физических свойств, способа реализации, алгоритмов работы, аппаратной составляющей или операционной системы. Предел, в данном случае, устанавливает абсолютный закон природы.

Еще в начале 80-х годов прошлого века Левитин выделил элементарную квантовую операцию — наиболее базовую задачу, которую может обрабатывать квантовый компьютер. Сейчас в публикации в журнале Physical Review Letters Левитин и Тоффоли представили уравнение минимального отрезка времени для осуществления такой операции. Это уравнение и устанавливает лимит скорости для всех возможных компьютеров. В соответствии с уравнением, на каждую единицу затраченной энергии идеальный квантовый компьютер способен обеспечивать ежесекундно в десять квадрильонов (миллион в четвертой степени — единица с 24 нулями) больше операций, чем сегодняшние наиболее производительные чипы.

Однако отмечается, что, несмотря на то, что современные чипы постепенно переходят на все более тонкие технологические процессы, прирост тепловыделения превосходит прирост производительности. Поэтому производители пошли путем создания многоядерных процессоров, так как проще удержать в рамках требуемого теплового пакета несколько менее производительных ядер, чем одно высокопроизводительное. Ученые в поисках высокопроизводительного компьютера могут создать сверхпроводимые чипы, охлаждаемые до отрицательных температур, но даже в таком случае им не удастся приблизиться по производительности к фундаментальным пределам.

В то же время ассистент профессора прикладной электроники и компьютерных исследований из Массачусетского Технологического Института (Massachusetts Institute of Technology) Скот Ааронсон (Scott Aaronson) считает, что выводы Левитина и Тоффоли слишком оптимистичны. По его мнению, Закон Мура перестанет действовать, приблизительно, через 20 лет.