Imec satsar på kiselbaserade kvantdatorer och bilindustrin tror på en övergång till artificiell intelligens baserad på DSPer, FPGAer, GPUer eller vad det nu kan bli. Våra vanliga processorer har slagit i taket och det börjar bli dags att ta tag i alla gamla idéer om massivt parallella system och allt annat som diskuterades så mycket på sjuttio- och åttiotalet. Vi står inför ett nytt stort språng och den här gången är det nog bilarna som kommer att driva utvecklingen framåt.

Under 5 nm
Att forskningsinstitutet imec ligger på framkanten är i och för sig inget nytt och nu tror man att det börjar bli dags för kvantdatorer på allvar. De senaste årtiondena har det visserligen forskats mycket i tekniken, men hittills har det inte varit så mycket tal om vägen från forskning till kommersiella produkter.

Nu skall vi väl inte tro att kvantdatorerna ligger runt hörnet, men imecs plattformssatsning innebär ändå att man tänker på steget ut i verkliga produkter. Tanken är att basera kvanttekniken på institutets kiselplattform, där man redan nu arbetar med strukturer under 5 nm. Om det är möjligt att bygga fungerande kvantdatorer i extremt små halvledargeometrier innebär det utan tvekan ett stort steg mot någonting som kan fungera i produktion om något tiotal år. Behovet lär finnas.

Svårt att öka frekvensen
För dagens processorer är ju egentligen inte så mycket att skryta med. Visst ökar antalet processorkärnor, men det var länge sedan de individuella kärnorna blev sådär vansinnigt mycket snabbare.

Steget till en instruktion per klockcykel togs redan på åttiotalet med RISC-tekniken. Därefter var det ”bara” att dra på med högre klockfrekvens, från ett par tiotal MHz i slutet av åttiotalet till ca 600 MHz i slutet av nittiotalet. Redan 2002 var den maximala klockfrekvensen uppe i dryga 3 GHz och sedan tog det mer eller mindre stopp. Det gick att tillverka snabbklockade strömslukande processorer i 130 nm och det går att tillverka hyfsat strömsnåla processorer med samma klockfrekvens i 32 nm. Men ingen talar om klockfrekvenser på fem eller tio GHz.

Att lägga in fyra eller åtta processorkärnor ger förstås högre totalprestanda, men de individuella programmen brukar ha svårt att tillgodogöra sig finesserna. I stället har det fått bli inbyggda grafikprocessorer för att snabba upp grafikprestanda och ganska mycket annan ”konstgjord andning”. Men faktum kvarstår. Prestanda per processorkärna har inte ökat särskilt mycket de senaste femton åren.

Låg energiförbrukning
I stället har utvecklingen gått mot mera strömsnåla processorer. Extremfallet är förstås de smarta mobiltelefonerna som i princip har samma prestandakrav som en PC-dator, men med en energibudget som är löjligt mycket lägre.

Här kanske man kunde ha väntat sig en radikal förändring, men märkligt nog gick det att behålla i princip samma processorarkitektur. Dagens smarta telefoner har processorer med ungefär halva klockfrekvensen jämfört med PC-datorer, men många processorkärnor och ganska mycket hårdvara för att hantera de mest prestandakrävande uppgifterna. Det skiljer egentligen förvånansvärt lite i maxprestanda mellan en modern telefon och en modern PC-dator.

Artificiell intelligens
Dagens teknik duger ändå ganska bra för vanliga datorer och smarta telefoner. Till och med serverdatorerna är hyfsat användbara om man bara kan lasta in tillräckligt många processorer och en massiv strömförsörjning. Det stora problemet uppenbarar sig i stället när man vill göra bilar självkörande.

För det krävs oerhörda mängder datakraft om man skall kunna hantera alla de kameror och sensorer som krävs i en ”riktig” självkörande bil. De flesta biltillverkare har redan insett att artificiell intelligens och självlärande system krävs för att det hela skall fungera fullt ut, samtidigt som bilen har en klart begränsad energibudget.

Därför ser vi nu ”äntligen” en tillämpning med gigantiska volymer som kräver nytänkande. Till och med om vi använder dagens mest avancerade halvledarprocesser får en avancerad centraldator i en självkörande bil en effektförbrukning runt en kW och det är inte acceptabelt i längden. Här krävs nya arkitekturer och utvecklingen är i full gång.

Serverdatorer står på tur
Men vi skall nog inte vänta oss att den AI-teknik som tas fram för fordon också stannar där. AI används överallt och när de energisnåla och kraftfulla fordonsdatorerna finns på plats kommer säkert samma teknik att tränga in i andra områden också. Först i tur står rimligen serverhallarna, där prestandabehovet är närmast oändligt. Därefter – tja vi får väl se.

Så det finns all anledning att hänga med i vad som händer just nu. De närmaste åren kommer vi säkert att få se en rad olika AI-optimerade arkitekturer, med massivt parallella GPUer, DSPer eller till och med FPGAer. Efter några år lär alltsammans konvergera och då blir det riktigt intressant.

Ganska spännande faktiskt.

Filed under: Göte Fagerfjäll