Koomeys lag
Koomeys lag beskriver en trend i datorhårdvarans historia : under ungefär ett halvt sekel fördubblades antalet beräkningar per joule energi som försvinner ungefär vart 1,57:e år. Professor Jonathan Koomey beskrev trenden i en artikel från 2010 där han skrev att "vid en fast datorbelastning kommer mängden batteri du behöver att minska med en faktor två varje och ett halvt år."
Denna trend hade varit anmärkningsvärt stabil sedan 1950-talet ( R 2 på över 98%). Men 2011 undersökte Koomey dessa data igen och fann att efter 2000 avtog fördubblingen till ungefär en gång vart 2,6:e år. Detta är relaterat till avmattningen av Moores lag , förmågan att bygga mindre transistorer; och slutet kring 2005 av Dennard-skalningen , förmågan att bygga mindre transistorer med konstant effekttäthet .
"Skillnaden mellan dessa två tillväxthastigheter är betydande. En fördubbling varje och ett halvt år resulterar i en 100-faldig ökning av effektiviteten varje årtionde. En fördubbling vartannat och ett halvt år ger bara en 16-faldig ökning", skrev Koomey.
Implikationer
Konsekvenserna av Koomeys lag är att mängden batteri som behövs för en fast datorbelastning kommer att minska med en faktor 100 varje decennium. När datorenheter blir mindre och mer mobila kan denna trend vara ännu viktigare än förbättringar av rå processorkraft för många applikationer. Dessutom blir energikostnaderna en allt större faktor i ekonomin i datacenter, vilket ytterligare ökar betydelsen av Koomeys lag.
Bromsandet av Koomeys lag har konsekvenser för energianvändningen inom informations- och kommunikationsteknik. Men eftersom datorer inte körs med toppeffekt kontinuerligt, kan effekten av denna avmattning inte ses på ett decennium eller mer. Koomey skriver att "som med alla exponentiella trender kommer den här så småningom att ta slut...om ett decennium eller så kommer energianvändningen återigen att domineras av den ström som förbrukas när en dator är aktiv. Och den aktiva kraften kommer fortfarande att vara gisslan för fysiken bakom nedgången i Moores lag."
Historia
Koomey var huvudförfattare till artikeln i IEEE Annals of the History of Computing som först dokumenterade trenden. Vid ungefär samma tid publicerade Koomey ett kort stycke om det i IEEE Spectrum .
Det diskuterades vidare i MIT Technology Review , och i ett inlägg av Erik Brynjolfsson på bloggen "Economics of Information" och på The Economist online .
Trenden var tidigare känd för digitala signalprocessorer , och den fick då namnet "Genes lag". Namnet kom från Gene Frantz, en elektroingenjör på Texas Instruments . Frantz hade dokumenterat att effektförlusten i DSP:er hade minskat med hälften var 18:e månad, under en 25-årsperiod.
Bromsning och slutet av Koomeys lag
Senaste studier tyder på att Koomeys lag har saktat ner till att fördubblas vart 2,6:e år. Denna siffra är ett statistiskt genomsnitt över många tekniker och många år, men det finns undantag. Till exempel 2020 rapporterade AMD att företaget sedan 2014 har lyckats förbättra effektiviteten hos sina mobila processorer med en faktor 31,7, vilket är en fördubbling på 1,2 år. I juni 2020 svarade Koomey på rapporten och skrev: "Jag har granskat data och kan rapportera att AMD överträffade 25×20-målet som det satte upp 2014 genom förbättrad design, överlägsen optimering och ett laserliknande fokus på energieffektivitet. "
Enligt termodynamikens andra lag och Landauers princip kan irreversibel datoranvändning inte fortsätta att göras mer energieffektiv för alltid. Om man antar att energieffektiviteten för datorer kommer att fortsätta att fördubblas vart 2,6:e år, och med den mest effektiva superdatorn från och med 2022, kommer Landauer-gränsen att nås runt 2080. Så efter denna punkt kan Koomeys lag inte längre hålla. Landauers princip begränsar dock inte effektiviteten av reversibel datoranvändning . Detta, i kombination med andra utöver CMOS- beräkningstekniker, skulle kunna tillåta fortsatta framsteg i effektivitet.
Se även
Vidare läsning
- Koomey, J.; Naffziger, S. (31 mars 2015), "Moore's Law Might Be Slowing Down, But Not Energy Efficiency" , IEEE Spectrum .
- Denning, Peter J. ; Lewis, Ted G. (2017), "Exponential laws of computing growth", Communications of the ACM , 60 : 54–65, doi : 10.1145/2976758 , hdl : 10945/59477 , S2CID 1359609 .