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50 anni di Legge di Moore: è ancora valida? Non importa

La Legge di Moore compie 50 anni quest'anno. "Le prestazioni dei processori, e il numero di transistor ad esso relativo, raddoppiano ogni 18 mesi", diceva il cofondatore di Intel nel 1965. Per decenni quell'affermazione si è dimostrata tanto valida da divenire il faro dell'azione di Intel e di altre aziende del settore hi-tech.

Oggi è abbastanza chiaro che la Legge di Moore sta affrontando una crisi, probabilmente passeggera. Sul tavolo dell'innovazione ci sono numerosi nuovi materiali, tecniche e tecnologie che potrebbero estenderla per altri 50 anni. La verità però è che "nessuno sa, esattamente, quando l'era della Legge di Moore giungerà alla fine".

gordon moore
Gordon Moore

Queste sono parole di Jonathan Koomey, ricercatore della Stanford University conosciuto per la legge di Koomey, il quale ha scritto su un articolo a quattro mani con Samuel Naffziger, corporate fellow di AMD. I due collaborano dal 2014 con l'obiettivo di rendere le APU 25 volte più efficienti entro il 2020.

"La fine è vicina?" si chiede Koomey. "Non esattamente, perché mentre la fisica fondamentale gioca contro di noi, sembra che saremo graziati in fatto di efficienza energetica". Secondo lo studioso esistono diversi modi per misurare l'efficienza massima di un computer.

Questa è generalmente indicata come il numero di calcoli che possono essere eseguiti per kilowattora di elettricità consumata. Raddoppia ogni anno e mezzo o giù di lì da più di cinque decenni. Questo trend ha iniziato a volgere al termine intorno agli anni 2000. La crescita sia nell'efficienza di picco sia nelle prestazioni ha iniziato a frenare in virtù delle limitazioni fisiche incontrate nella miniaturizzazione dei transistor.

jonathan koomey
Jonathan Koomey

Per questo i produttori di chip si sono concentrati sul miglioramento delle architetture – inserendo ad esempio più core in un unico microprocessore. Questa scelta però non ha pagato sino in fondo: ci vogliono circa 2,7 anni affinché l'efficienza di picco raddoppi. In passato l'efficienza migliorava di un fattore cento in 10 anni, mentre con l'attuale velocità ci vorrebbero 18 anni.

Fortunatamente i PC e le necessità di oggi sono diversi rispetto al passato. Una volta i computer erano "costosi, relativamente rari e regolarmente spinti alle loro massime prestazioni", scrive Koomey. "Ora che sono onnipresenti ed economici, l'enfasi si è spostata sul calcolo a bassissimo consumo in prodotti come i portatili, i telefoni cellulari e i tablet".

"La maggior parte dei computer funziona al massimo della potenza solo una piccola frazione del tempo (tra le eccezioni i supercomputer e i miner Bitcoin). I dispositivi mobili come smartphone e computer portatili in genere operano al massimo della potenza meno dell'1 percento del tempo. I server enterprise spendono meno del 10 percento dell'anno funzionando al loro picco. Anche i computer usati per fornire servizi Internet su cloud funzionano a pieno ritmo meno della metà del tempo".

In questo nuovo regime, un buon design per la gestione dei consumi è ciò che riduce al minimo la quantità di energia che un dispositivo consuma quando è inattivo o spento. E il migliore indicatore di efficienza energetica è la quantità di elettricità che un computer consuma in media – non quando è in funzione a pieno regime.

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Koomey ha così definito una misura di efficienza più in sintonia con il modo in cui i chip sono usati al giorno d'oggi, chiamata "efficienza d'uso tipica". Come l'efficienza massima è misurata in calcoli per kilowattora ma è ottenuta dividendo il numero di calcoli eseguiti nel corso di un anno per il totale dell'energia consumata.

Un PC opera al massimo solo quando il suo utente sta giocando, ma questo accade solo una piccola frazione del tempo. Altre attività comuni, come l'elaborazione di testi o la riproduzione di video, possono consumare un decimo di quella elettricità. È necessaria solo una frazione del chip per queste funzioni, e una gestione intelligente dell'alimentazione può spegnere i circuiti non richiesti. Secondo Koomey l'efficienza d'uso tipica raddoppierà ogni 1,5 anni circa, la stessa velocità vista nel periodo di massimo splendore della Legge di Moore.

Intel Core i7-5960X Extreme Edition Intel Core i7-5960X Extreme Edition
AMD FX-8370 AMD FX-8370

Tutto questo sarà legato a "miglioramenti aggressivi nella progettazione di circuiti, integrazione dei componenti e software, così come sistemi di gestione dell'alimentazione che mettono i circuiti inutilizzati in stati a basso consumo quando possibile. L'integrazione di acceleratori specializzati, come le GPU e i processori di segnale eseguiranno alcuni calcoli in modo più efficiente, contribuendo a mantenere il consumo energetico medio basso".

Koomey afferma che naturalmente anche questa, come ogni tendenza esponenziale, potrebbe arrivare al termine. I progettisti saranno quindi "vittime del loro stesso successo". Quando il consumo in idle si avvicinerà a zero, l'enfasi si sposterà nuovamente sull'energia consumata quando un computer è attivo.

"E quel consumo attivo sarà ancora ostaggio della fisica dietro al rallentamento della legge di Moore", spiega Koomey. "Nel corso dei prossimi decenni, dovremo ripensare la progettazione fondamentale dei computer se vogliamo far sì che le prestazioni crescano in linea con i tassi storici. Nel frattempo, il costante miglioramento dell'efficienza energetica ci darà un po' più di tempo per trovare la strada giusta".