डेनार्ड स्केलिंग
सेमीकंडक्टर इलेक्ट्रॉनिक्स में, डेनार्ड स्केलिंग, जिसे मॉसफेट स्केलिंग के रूप में भी जाना जाता है, एक स्केलिंग कानून है जो मोटे तौर पर बताता है कि जैसे-जैसे ट्रांजिस्टर छोटे होते जाते हैं, उनका पावर घनत्व स्थिर रहता है, जिससे बिजली का उपयोग लंबाई के साथ वोल्टेज और धारा पैमाना (नीचे की ओर) दोनों क्षेत्र के अनुपात में रहता है।[1][2] मूल रूप से मॉसफेट के लिए तैयार किया गया कानून, 1974 के पेपर पर आधारित है, जिसके सह-लेखक हैं रॉबर्ट एच. डेनार्ड, जिनके नाम पर इसका नाम रखा गया है।[3]
व्युत्पत्ति
मॉसफेट स्केलिंग के डेनार्ड के मॉडल का अर्थ है कि प्रत्येक प्रौद्योगिकी पीढ़ी के साथ:
1. ट्रांजिस्टर आयामों को -30% (0.7×) तक बढ़ाया जा सकता है। इसका एक साथ निम्नलिखित प्रभाव पड़ता है:
- एक व्यक्तिगत उपकरण का क्षेत्रफल 50% कम हो जाता है क्योंकि क्षेत्रफल लंबाई गुणा चौड़ाई होता है।
- उपकरण, C से जुड़ी धारिता 30% (0.7×) कम हो जाती है, क्योंकि धारिता दूरी के साथ क्षेत्र के साथ बदलती रहती है।
- विद्युत क्षेत्र को अपरिवर्तित रखने के लिए, वोल्टेज, वी, 30% (0.7×) से कम हो जाता है, क्योंकि वोल्टेज क्षेत्र की लंबाई है।
- समाई और वोल्टेज के साथ उनके संबंध के कारण, धारा और संक्रमण समय जैसी विशेषताओं को इसी तरह 30% तक घटाया जाता है।
- माना जाता है कि समग्र परिपथ विलंब संक्रमण समय पर प्रभाव होता है, इसलिए यह भी 30% कम हो जाता है।
2. उपरोक्त प्रभावों से परिचालन आवृत्ति, f में लगभग 40% (1.4×) की वृद्धि होती है, क्योंकि आवृत्ति एक से अधिक विलंब के साथ बदलती रहती है।
3. एकल ट्रांजिस्टर की बिजली खपत 50% कम हो जाती है क्योंकि सक्रिय शक्ति CV2f है।[4]
इसलिए, प्रत्येक प्रौद्योगिकी उत्पादन में, अलग-अलग ट्रांजिस्टर का क्षेत्र और बिजली की खपत आधी हो जाती है। दूसरे शब्दों में, यदि ट्रांजिस्टर का घनत्व दोगुना हो जाता है, तो बिजली की खपत (ट्रांजिस्टर की संख्या के दोगुने होने पर) समान रहती है।
मूर के नियम और कंप्यूटिंग प्रदर्शन के साथ संबंध
मूर का नियम कहता है कि ट्रांजिस्टर की संख्या हर दो साल में लगभग दोगुनी हो जाती है। डेनार्ड स्केलिंग के साथ संयुक्त, इसका मतलब है कि प्रति जूल प्रदर्शन और भी तेजी से बढ़ता है, हर 18 महीने (1.5 वर्ष) में दोगुना हो जाता है। इस प्रवृत्ति को कभी-कभी कूमी का नियम कहा जाता है। कूमी ने मूल रूप से दोहरीकरण की दर 1.57 वर्ष होने का सुझाव दिया था,[5] लेकिन हाल के अनुमान बताते हैं कि यह धीमा है।[6]
2006 के आस-पास डेनार्ड स्केलिंग का ब्रेकडाउन
सीएमओएस सर्किट की गतिशील (स्विचिंग) बिजली की खपत आवृत्ति के समानुपाती है।[7] ऐतिहासिक रूप से, डेनार्ड स्केलिंग द्वारा वहन की जाने वाली ट्रांजिस्टर बिजली की कमी ने निर्माताओं को समग्र सर्किट बिजली की खपत में उल्लेखनीय वृद्धि किए बिना एक पीढ़ी से दूसरी पीढ़ी तक घड़ी की आवृत्ति को काफी बढ़ा दिया।
लगभग 2005-2007 के बाद से डेनार्ड स्केलिंग टूट गई है। 2016 तक, एकीकृत परिपथों में ट्रांजिस्टर की संख्या अभी भी बढ़ रही है, लेकिन प्रदर्शन में परिणामी सुधार महत्वपूर्ण आवृत्ति वृद्धि के परिणामस्वरूप होने वाले गति-अप की तुलना में अधिक क्रमिक हैं।[1][8] ब्रेकडाउन का प्राथमिक कारण यह है कि छोटे आकार में, वर्तमान रिसाव अधिक चुनौतियों का सामना करता है और चिप को गर्म करने का कारण भी बनता है, जो थर्मल पलायन का खतरा पैदा करता है और इसलिए ऊर्जा की लागत में और वृद्धि करता है।[1][8]
डेनार्ड स्केलिंग के टूटने और घड़ी की आवृत्तियों को महत्वपूर्ण रूप से बढ़ाने में असमर्थता ने अधिकांश सीपीयू निर्माताओं को मल्टीकोर प्रोसेसर पर प्रदर्शन को बेहतर बनाने के वैकल्पिक तरीके के रूप में ध्यान केंद्रित करने का कारण बना दिया है। एक बढ़ी हुई कोर गिनती से कई लोगों को लाभ होता है (हालांकि किसी भी तरह से - अमदहल का नियम देखें) कार्यभार, लेकिन कई कोर होने से सक्रिय स्विचिंग तत्वों में वृद्धि के परिणामस्वरूप अभी भी समग्र बिजली की खपत में वृद्धि होती है और इस प्रकार सीपीयू बिजली अपव्यय की समस्या बिगड़ जाती हैं।[9][10] अंतिम परिणाम यह है कि एकीकृत परिपथ का केवल कुछ अंश वास्तव में किसी भी समय बिजली की कमी का उल्लंघन किए बिना सक्रिय हो सकता है। शेष (निष्क्रिय) क्षेत्र को डार्क सिलिकॉन के रूप में संदर्भित किया जाता है।
संदर्भ
- ↑ 1.0 1.1 1.2 McMenamin, Adrian (April 15, 2013). "The end of Dennard scaling". Retrieved January 23, 2014.
- ↑ Streetman, Ben G.; Banerjee, Sanjay Kumar (2016). Solid state electronic devices. Boston: Pearson. p. 341. ISBN 978-1-292-06055-2. OCLC 908999844.
- ↑ Dennard, Robert H.; Gaensslen, Fritz; Yu, Hwa-Nien; Rideout, Leo; Bassous, Ernest; LeBlanc, Andre (October 1974). "Design of ion-implanted MOSFET's with very small physical dimensions". IEEE Journal of Solid-State Circuits. SC-9 (5): 256–268. Bibcode:1974IJSSC...9..256D. doi:10.1109/JSSC.1974.1050511. S2CID 283984.
Dennard, R.H.; Gaensslen, F.H.; Hwa-Nien Yu; Rideout, V.L.; Bassous, E.; Leblanc, A.R. (April 1999). "Classic Paper: Design Of Ion-implanted MOSFET's with Very Small Physical Dimensions". Proceedings of the IEEE. 87 (4): 668–678. CiteSeerX 10.1.1.334.2417. doi:10.1109/JPROC.1999.752522. S2CID 62193402. - ↑ Borkar, Shekhar; Chien, Andrew A. (May 2011). "The Future of Microprocessors". Communications of the ACM. 54 (5): 67. doi:10.1145/1941487.1941507. Retrieved 2011-11-27.
- ↑ Greene, Katie (September 12, 2011). "A New and Improved Moore's Law: Under "Koomey's law," it's efficiency, not power, that doubles every year and a half". Technology Review. Retrieved January 23, 2014.
- ↑ Koomey PhD, Jonathan G (2016-11-29). "Our latest on energy efficiency of computing over time, now out in Electronic Design". koomey.com. Retrieved 2021-01-15.
- ↑ "CMOS Power Consumption and CPD Calculation" (PDF). Texas Instruments. June 1997. Retrieved March 9, 2016.
- ↑ 8.0 8.1 Bohr, Mark (January 2007). "A 30 Year Retrospective on Dennard's MOSFET Scaling Paper" (PDF). Solid-State Circuits Society. Retrieved January 23, 2014.
- ↑ Esmaeilzadeh, Hadi; Blem, Emily; St. Amant, Renee; Sankaralingam, Karthikeyan; Burger, Doug (2011). "Dark silicon and the end of multicore scaling". 2011 38th Annual International Symposium on Computer Architecture (ISCA). IEEE. pp. 365–376. CiteSeerX 10.1.1.222.8988. doi:10.1145/2000064.2000108. ISBN 978-1-4503-0472-6. S2CID 207188742.
- ↑ Hruska, Joel (February 1, 2012). "The death of CPU scaling: From one core to many — and why we're still stuck". ExtremeTech. Retrieved January 23, 2014.