ЖУРНАЛ «СТА» №2/2016

84 СТА 2/2016 РАЗРАБОТКИ НАУЧНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ www.cta.ru О СНОВНЫЕ ТЕНДЕНЦИИ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ ЭЛЕМЕНТНОЙ БАЗЫ Принятая классификация современ- ных технических средств вычислитель- ной техники основана фактически на смене поколений элементной базы. Да- лее будет изложена общая картина эво- люции аппаратных средств ЭВМ за ми- нувшие четыре десятилетия и послед- него поколения за 10 лет. Что касается математического обеспечения ЭВМ, то оно развивается более или менее син- хронно с элементной базой, но по более консервативному пути, поскольку каж- дую новую модель ЭВМ стремятся сде- лать программно совместимой с ранее созданными. Разрабатываемое про- граммное обеспечение должно в макси- мальной степени сохранять пре- емственность с накопленным потен- циалом математического обеспечения ЭВМ. Однако качественные переходы в области программных средств всегда являлись следствием обновления эле- ментной базы. В то же время смена по- колений элементной базы охватывает все сферы технологии её производства, включая оборудование. Главная причи- на такого развития элементной базы со- стоит том, что оно определяется изме- нением внутренней геометрии интег- ральных схем (ИС), что требует нового уровня общей культуры всего техноло- гического производства. В рамках каж- дого поколения ЭВМ эволюция эле- ментной базы также происходит этапа- ми. Обычно новое «микропоколение» созревает в недрах предыдущего и вы- тесняет его, достигая экономически рентабельного уровня серийного про- изводства [1]. Объединение элементно-технологи- ческой и аппаратно-конструкторской ветвей технических средств вычисли- тельной техники произошло вместе с возникновением микроэлектроники, с которого начинается современная ис- тория вычислительной техники. Даль- нейшая эволюция – это прогрессирую- щее слияние технологии и конструиро- вания, технологии и системотехники, технологии и прикладной математики. Иными словами, с ростом степени ин- теграции в единое кристаллическое устройство переходят всё более высокие ранги проектирования и изготовления средств вычислительной техники. Ре- зультатом этих тенденций к настояще- му времени явилось создание интег- ральных схем. Последние достижения демонстрирует 8-ядерный процессор «Эльбрус-8С», спроектированный по технологии 28 нм, с тактовой частотой 1300 МГц, имеющий площадь кристал- ла 321 мм 2 и количество транзисторов на кристалле 2,73 млрд. Миниатюризация и интеграция при- боров сказывались на их основных па- раметрах, таких как потребляемая мощ- ность, энергетический фактор качества, задержка τ , число выводов на корпус в стандартных приборах и в приборах с максимальным числом внешних кон- тактов, цены основных серий простей- ших и наиболее сложных приборов. Важная функциональная характери- стика ИС – число внешних выводов. Схемотехнически стремятся по возмож- ности уменьшить его, особенно в ИС за- поминающих устройств (ЗУ), где число выводов почти не растёт, несмотря на повышение степени интеграции. Одна- ко в процессорных элементах число не- обходимых выводов находится в явной зависимости от степени интеграции, и технологический прогресс напрямую от- ражается и на числе выводов на корпус. Существует единственный показа- тель, инвариантный по отношению да- же к самым радикальным усовершен- ствованиям и усложнениям техноло- гии, – цена одного кристалла (точнее, корпусированной ИС). Этот показатель остаётся неизменным и различается только для приборов разного уровня (простейших и более сложных). Причи- на этого достаточно проста: именно экономический фактор – главная дви- жущая сила развития микроэлектрони- ки; ни один кристалл не может завое- вать широкого рынка сбыта, пока его цена остаётся существенно превышаю- щей установившиеся для более ранних моделей значения. Соответственно це- на одного транзистора в составе ИС на- ходится в строгой обратной зависимо- сти от степени интеграции. В сфере ЭВМимеется аналогичная за- кономерность: диапазон стоимости ЭВМ данного класса остаётся неизмен- ным во времени, хотя производитель- ность машин со временем возрастает на порядки. Изменение номенклатуры и стоимости ЭВМ определяют такие фак- торы, как число кристаллов, относи- тельная стоимость и расширение номен- Закономерности развития технологий вычислительной техники Лев Баранов В статье рассмотрены закономерности и тенденции развития технологий вычислительной техники в таких направлениях, как совершенствование и миниатюризация элементной базы, суперкомпьютерные архитектуры, границы пропорциональной миниатюризации микроэлектроники, тенденции развития суперкомпьютерных архитектур, а также кооперация в области технологий между ведущими фирмами РФ.