Nie, nemyslím koľko typov, druhov, technických riešení. Myslím ich celkový počet. Desať, miliarda, triliarda, kvadriliarda. Aké je to číslo vlastne vysoké? Nedeľník TOUCHIT vážne i nevážne. Nezviazané IT témy na tisíc spôsobov.

Otázka sa dá formulovať rôzne, pričom jej rôzne podoby na vás môžu pôsobiť, že nevyhnutne budú mať odlišnú odpoveď.

Môžete sa spýtať, koľko tranzistorov bolo kedy vôbec vyrobených od ich vynálezu v roku 1947, až po dnes. Teda ich úplne celkový počet.

Alebo vás môže napríklad zaujímať, koľko funkčných tranzistorov je na svete práve teraz, v tento moment.

Pre mnohých bude veľkým prekvapením, že TO SAMOTNÉ ČÍSLO je v oboch prípadoch vlastne totožné a je jedno, ktorá z týchto otázok vás zaujíma viac. Z dôvodu jeho kolosálnosti totiž budú rozdiely z praktického pohľadu nerelevantné a stratia sa v zaokrúhlení na jeho chvoste.

/Illustrácia: Joe Kim/

Niet pred tým úniku. V súčasnosti sa totiž na svete vyrobí viac ako 100 000 000 000 000 tranzistorov každú jednu sekundu, a keď niečoho pribudne biliarda len od momentu, ako ste začali čítať tento článok, tak bez základného zaokrúhľovania sa ani nedá zaobísť.

Na rovinu a bez okolkov povedané, tranzistor je nielen najviac vyrábaná súčiastka vôbec. Je to všeobecne najviac vyrábaná funkčná vec v celej ľudskej histórii. Ničoho ľudstvo nevyrobilo viac, než tranzistorov.

AKO VŠETKY TRANZISTORY NA SVETE VLASTNE SPOČÍTAŤ?

Možno si poviete, že spočítať všetky tranzistory musí byť nesmierne komplexný, ba až nadľudský úkon. Veď predsa všetky tie rôzne čipy, nielen procesory, ale aj tie ostatné, nielen v počítačoch, ale aj v autách a akejkoľvek inej elektronike tranzistory obsahujú. A porátať čipy od úplne všetkých výrobcov, aj tých najmenších a to vo všetkých krajinách na svete, po všetky tie dekády a na žiadne nezabudnúť…

Lenže v skutočnosti to zas až tak komplikované nie je, pretože do všetkého vstúpi fakt neprestajného masívneho nárastu ich výroby. Nemusíte pátrať kto a koľko tranzistorov vyrobil v roku 1982, alebo v roku 1994, pretože je to celkom jedno.

Tento fakt sa dá jednoducho demonštrovať tak, že si predstavíte, že niečoho vyrábate každý rok o 100 % viac, ako ten predchádzajúci. To znamená, že každý jeden rok, ktorý ste práve skončili, ste vyrobili toľko vecí, ako za všetky predchádzajúce roky dohromady.

Jednoducho preto, že ak ste dnes vyrobili niečoho 1024, v predošlom roku to bolo 512, predtým 256, predtým 128, 64, 32, 16, 8, 4, 2, 1, až do úplného počiatku, spočítaný výsledok všetkých zvyšných rokov bude totožný s vašim súčasným rokom. A realita v rámci tranzistorov bola pri tom taká, že  mnoho krát po roku 2000 naša produkcia v rámci relevantných segmentov narastala aj o viac ako 200 % ročne…

Vynálezcovia tranzitora William Shockley, Walter Brattain a John Bardeen /Illustrácia: Jim deLeon/

Možno vás takisto napadne, že je dôležité spočítať hlavne vyrobené CPU a takisto všetky GPU. A že musíte nevyhnutne počítať aj s nekonečným zástupom malých čipov, ktoré existujú o celé rády vo vyšších počtoch v celom priemysle a výrobe elektroniky ako takej, pretože dohromady to dá veľké čísla.

Lenže to všetko je len okraj gigantickej tranzistorovej reality.

Nikde ich totiž nie je viac, než v pamäťových čipoch. Vezmite si DRAM, ktorú používame ako operačnú pamäť v akýchkoľvek počítačoch (notebooky, desktopy, smartfóny, tablety, smarthodinky).

1 GB tejto pamäte obsahuje 8 miliárd bitov (každý bajt sa totiž skladá z 8 bitov). Každý bit je reprezentovaný fyzickou bunkou zloženou z kondenzátora a tranzistoru, ktorý ho nabíja alebo vybíja (0, 1). To je teda 8 miliárd tranzistorov na každý GB.

Ak ide o 4 GB, znamená to, že daná RAM má v sebe nevyhnutne 32 miliárd tranzistorov. To je zhruba počet, aký má dnes v počítači váš moderný výkonný procesor a high-end GPU na grafickej karte dohromady. Áno, rovnaký počet tranzistorov mal v RAM už váš starý hrčiaci desktop, ktorý ste používali pred 15 rokmi.

V minulej dekáde pritom nastúpili vo veľkom NAND flash čipy, teda tranzistorové pamäte v rámci dlhodobých úložísk, ako je napríklad SSD. Tie držia dáta nielen v súčasných desktopoch a notebookoch (obvykle systémové SSD), ale aj v smartfónoch a tabletoch, rovnako ako predtým vo všetkých USB kľúčoch a pamäťových kartách.

Tranzistorové litografické mrakodrapy NAND flash /Ilustrácia: SK Hynix/

A  všetky tie bity v ich útrobách sú držané tranzistormi v rámci nabitia ich plávajúceho hradla.

Keď ešte v roku 2014 odhadoval počet tranzistorov na svete Jim Handy, dlhoročný a prominentný polovodičový analytik DRAM trhu, bol vtedy veľmi konzervatívny a povedal, že pamäťové čipy obsahujú minimálne polovicu všetkých vyrobených tranzistorov na svete (dnes už počtu celkom dominujú).

Vzal tak do úvahy 16 miliárd gigabajtov DRAM, ktorých sa predalo od roku 1990 až do roku 2014 (predošlé roky boli z vyššie uvedených dôvodov irelevantné), rovnako ako 125 miliárd GB NAND flash, ktoré sa predali v pamäťových kartách, USB kľúčoch, telefónoch a SSD úložiskách od roku 2000, pričom to pre istotu všetko zdvojnásobil, aby určite zarátal aj tranzistory vo všetky ostatných čipoch na svete dohromady.

Výsledok bol 2 913 276 327 576 980 000 000. Teda taká tá miliarda miliárd, za predpokladu, že tú miliardu miliárd by ste mali zhruba 3 milióny krát.

Na takéto 22 miestne číslo veru len tak obvykle nenarazíte.

Zrozumiteľnejšie povedané, ide o 3000 triliónov, teda 3 triliardy tranzistorov (v krátkej škále, ktorá sa používa v angličtine, ide o sextilióny).

No ale tento odhad vykonal už pred takmer jednou dekádou. V súčasnosti sa kapacity NAND flash úložísk už nerátajú na 8 či 16 GB ako pred desiatimi rokmi, ale na 128, 256, 512 GB, či viac ako terabajt.

A tieto úložiská, spolu s RAM, má v sebe každý smartfón, tablet, desktop a notebook, ktorých sa každých rok predajú miliardy.

KEĎ ASTRONOMICKÉ ČÍSLA NESTAČIA

Naša galaxia má okolo 200 000 000 000 hviezd. Už na konci prvej dekády tohto storočia sme produkovali viac tranzistorov každú jednu sekundu.

Každý rok sa pritom naša výroba tranzistorov zväčší zhruba o 60 %.

V roku 2014 sme vyrábali približne 8 biliónov tranzistorov v každej jednej sekunde. V roku 2016 viac ako 20 biliónov každú sekundu, no a v roku 2020 viac ako 100 biliónov tranzistorov každú jednu sekundu v roku. Stále pritom rastieme, i keď covid to všetko trochu pozdržal.

Ak na vás predchádzajúci odhad Jima Handyho z roku 2014 zapôsobil, vedzte, že to obrovitánske súhrnné 22 miestne číslo, za celú históriu, sa dnes vyprodukuje zhruba za 4 mesiace.

V základe platí, že počet tranzistorov, ktoré sme vyprodukovali za posledný celý rok, čo je v súčasnosti približne 10 700 000 000 000 000 000 000, je zhruba súčtom produkcie dvoch rokov ktoré mu predchádzali, teda rokov 2019 a 2020 (4 200 000 000 000 000 000 000 a 6 700 000 000 000 000 000 000 tranzistorov) a je zároveň väčším číslom, ako je produkcia všetkých ostatných rokov predtým dohromady (1947 – 2018).

/Ilustrácia: Amber Briscoe/

Dnes je pri triezvom odhade na svete približne 28 200 000 000 000 000 000 000 funkčných tranzistorov, pričom v konečnom dôsledku ide zároveň aj o počet tranzistorov, ktoré sme kedy vyrobili od ich vynálezu v roku 1947.

Teda, to sa dalo povedať o januári. Už je koniec augusta a treba k tomu pripočítať už viac ako 8 000 000 000 000 000 000 000 ďalších, takže to úvodné dvojčíslie zmeňte na 36.

V známom vesmíre je zhruba 200 miliárd galaxií. Ak budeme počítať, že každá z nich obsahuje toľko hviezd, ako tá naša, čo je zhodou okolností takisto približne 200 miliárd, tak dohromady je v celom vesmíre už menej hviezd, ako bude na svete tranzistorov na konci roku 2022.

KOĽKO TRANZISTOROV MÁTE DOMA?

Podobne užitočné zjednodušenia môžete vykonať aj pri počítaní toho, koľko tranzistorov máte doma vy sami. Aj keď tranzistory sú vo vašej práčke, v televízore, mixéri a prakticky aj v skoro akejkoľvek inej elektronike okolo, ich počet bude v porovnaní s tým, koľko sa ich nachádza vo vašich počítačoch (smartfón, notebook, desktop), na úrovni zaokrúhľovania u toho druhého menovaného.

Nie je to žiadna mágia. Bežný procesor má dnes niekoľko miliárd tranzistorov. Možno máte model s 5 miliardami, možno model s 10 alebo viac miliardami, ale vo všeobecnosti môžeme počítať s tým, že ide o jednotky až dolné desiatky miliárd.  

A v tomto zaokrúhlení ste rovno započítali a stratili akýkoľvek zvyšok svojej „nepočítačovej“ tranzistorovej domácnosti.

Ako pritom z predchádzajúceho textu viete, najviac tranzistorov sa nachádza vo vašich tranzistorových pamätiach, teda predovšetkým v NAND flash úložiskách (nielen v SSD čo máte v počítači, ale aj v NAND flash čipe čo máte v smartfóne), a takisto v DRAM operačnej pamäti.

/illustrácia: alphacoders/

Celkom jasne a bez okolkov povedané, spočítajte si teraz v hlave kapacitu vašich pamätí (bez HDD) a budete vedieť koľko tranzistorov doma máte. Zvyšok je viac menej nepodstatný, pretože tranzistory v pamätiach budú tvoriť viac ako 95% vášho vlastneného tranzistorového objemu.

Povedzme, že máte dva notebooky či notebook a desktop, pričom oba majú 512 GB SSD disk. Potom máte napríklad 128 GB USB kľúč, 64 GB microSD kartu a tri smartfóny so 128 GB úložiskom. K tomu tieto zariadenia obsahujú aj operačné pamäte (RAM), pričom v desktope je napr. 32 GB, v notebooku 16 GB, a v daných troch smartfónoch napríklad 3 × 8 GB. Možno máte aj grafickú kartu s 8 či viac GB GDRAM.

Každopádne dohromady ide o zhruba 1,6 TB tranzistorovej pamäte. Vynásobíme to osmičkou, čím dostaneme číslo v bitoch, no a keďže sme na úrovni Tera, tak za toto číslo pridáme 12 núl. A to je váš počet tranzistorov, pretože každá bunka jeden obsahuje.

Áno, nie je to úplne priamočiare a platí to len pre RAM, kde je tranzistor ako ovládací prepínač vedľa kondenzátoru, ktorý drží bit. V prípade NAND flash jeden tranzistor s plávajúcim hradlom môže držať viac bitov formou rozdielnej veľkosti svojho náboja. To súvisí s označenia SLC (1 bit), MLC (2 bity), TLC (3 bity) a QLC (4 bity).

Ale v konečnom dôsledku na tom až tak príliš nezáleží.

Či už dostanete výsledok 13 000 000 000 000, alebo len polovičný v podobe 7 000 000 000 000, alebo štvrtinový v podobe 3 000 000 000 000, stále ide o číslo s dvanástimi nulami.

To je bilión, teda tisíc miliárd.

A ako náhle už vo vašej domácnosti počítate tranzistory na úrovni niekoľkých tisícok miliárd, tak váš výkonný procesor, čo ich obsahuje 5 či 20 miliárd, do toho zas až tak neprehovorí.

Je pri tom jedno že tých procesorov máte 5 a k tomu ešte aj nejaké to high-end GPU v hernej grafickej karte. Dohromady sa ich tranzistory navŕšia len na 100 miliardový kopček. To je ako keby ste sa vážili a strašne by sa z nejakého dôvodu zaujímali, či máte 80,1 alebo 80,2 kg.  

Na nejaké počítanie tranzistorov v ešte menej komplexných čipoch, ako sú radiče a iné kontrolné a ovládacie prvky, kde tranzistory rátajú na milióny, nie je potrebné ani myslieť. Do daného čísla skrátka relevantne neprehovoria, podobne ako pri vašom vážení nepremýšľate či máte alebo nemáte ostrihané nechty. Dané rozdiely uletia pri zaokrúhľovaní tých relevantných ťahúňov.

Ak chcete byť trochu presnejší, tak pri počítaní pamätí stačí, aby ste tú najmasívnejšiu časť zloženú z NAND flash tranzistorov vydelili podľa toho, či ide o MLC, TLC či QLC.

Každopádne sa ale prakticky každá domácnosť, čo má doma pár smartfónov a notebook, dostane na úroveň niekoľkých biliónov kusov.

A kľudne sa s vami stavím, že bežného človeka prakticky nikdy nenapadlo, že má doma nie milióny, a ani miliardy, ale naozaj celé bilióny tranzistorov.

Musíte uznať, že je to svojim spôsobom trochu čarovné.

Tranzistory na obálke časopisu v roku 1964

Predstavte si, že ste na počiatku IT revolúcie a v dlani zvierate jeden tranzistor s typickým klobúčikom. Vidíte pritom jeho následne zmenšovanie. Ste svedkom prvých integrovaných obvodov, ktoré ich obsahujú desiatky a neskôr stovky (kusov).

Sledujete ako sa v prvých procesoroch objavujú tisícky tranzistorov a ako ich počet s nástupom PC éry v 80. rokoch narastá na desiatky a stovky tisíc v každom počítači.

Dnes je táto súčiastka, ktorá zmenila svet na nepoznanie, všade okolo nás.

Práve teraz, v tento moment. Na vašom gauči, stole, vo vrecku a pod vašou skrinkou. Bilióny mikroskopických funkčných súčiastok. Neprestajne sa ticho spínajú a pracujú, aby splnili to čo si želáte. Zobrazili tento text. Zachovali vaše spomienky na fotkách.

Sú tam, s vami. A je ich stále viac a viac.

Nedeľník TOUCHIT hľadajte na našom webe ako inak než v nedeľu. Ak ste predchádzajúce zmeškali, nájdete ich všetky pod rovnomenným kľúčovým slovom.

Značky: