摩爾定律死不死，真的重要嗎？為何半導體行業(yè)行業(yè)要為此爭論不休？
英國廣播公司《科學焦點雜志》網(wǎng)站5月22日刊登了題為《什么是摩爾定律?如今是否仍然適用?》的文章，摘要如下：
摩爾定律是什么?
摩爾定律是美國英特爾公司創(chuàng)始人之一戈登·摩爾提出的理論。這一理論最早出現(xiàn)在發(fā)表于1965年的一篇論文中。
計算機領域的知名專家、英國曼徹斯特大學計算機工程學教授斯蒂芬·弗伯說：“摩爾發(fā)現(xiàn)，可以在集成電路上裝配的晶體管的數(shù)量每兩年左右就會增加一倍。他預言這種指數(shù)級增長過程將持續(xù)10年，也就是一直持續(xù)到1975年?！?
弗伯說：“摩爾定律實現(xiàn)的主要方式是讓晶體管變小。較小的晶體管速度更快，能效更高，(直到最近)也更便宜，因此這是一種全方位的勝利。人們會把摩爾定律與計算機性能隨時間推移而增強的定律相混淆，但實際上摩爾定律講的只是芯片上的晶體管數(shù)量?！?
從原則上講，摩爾定律聽起來很合理，直到你做做相關的算術題。如果芯片上的晶體管數(shù)量確實遵循摩爾定律每兩年翻一番，那就相當于晶體管數(shù)量每20年就達到之前的1000多倍，每40年就達到100多萬倍。
這可能看上去是一個巨大的飛躍，但發(fā)展趨勢實際上超出了這個預期。1983年，弗伯和英國計算機科學家索菲·威爾遜設計了一種被稱為ARM1的處理器。它實質(zhì)上是現(xiàn)代處理器的鼻祖，為我們現(xiàn)在所擁有的一切奠定了基礎。
ARM1處理器擁有2.5萬個晶體管。雖然從理論上講這聽起來很多，但蘋果公司2022年推出的M1 Ultra處理器的晶體管數(shù)量卻高達1140億個。使用M1 Ultra處理器的是名為Mac Studio的小型臺式電腦。
為什么摩爾定律很重要?
說一種已有近60年歷史的理論仍然適用也許聽起來有些奇怪，尤其是在瞬息萬變的現(xiàn)代技術世界中。然而，這一理論改變了消費技術的發(fā)展方式。
弗伯說：“半個世紀以來，摩爾定律一直是半導體行業(yè)發(fā)展背后的驅(qū)動力，它帶來了計算機、手機、互聯(lián)網(wǎng)等需要的技術?，F(xiàn)代世界的很大一部分之所以成為可能，完全是因為摩爾定律及其對相關行業(yè)發(fā)展規(guī)劃產(chǎn)生的影響。”
如果我們走到了摩爾定律不再適用的地步，以下問題將浮出水面：接下來適用什么定律?處理和計算能力的世界將迎來一個模棱兩可的階段。
“Moore’s Law： Alive and Well(摩爾定律活得很好)?！比涨?，英特爾CEO帕特·基辛格再次公開表示。
但前不久，英偉達CEO黃仁勛還在向外界傳遞摩爾定律已“死”的觀點。黃仁勛說道：“今天一個12英寸晶圓的價格不是貴了一點，而是貴了超級多。摩爾定律死了，它結(jié)束了，結(jié)束得很徹底。芯片價格會隨時間降低的故事已經(jīng)是過去時了。計算已經(jīng)不再是個芯片問題，是軟件和芯片共同的問題?！?
英特爾與英偉達之間關于摩爾定律的“生死”之爭，再度將該定律的“生命年限”問題推至風口浪尖上。多位半導體業(yè)內(nèi)人士對《中國經(jīng)營報》表示，黃仁勛與基辛格可能都沒有對，也都沒有錯，他們爭的并非字面上的摩爾定律，而是未來半導體行業(yè)模式。
摩爾定律不是一條物理定律，而是戈登·摩爾早期通過觀察發(fā)現(xiàn)的行業(yè)發(fā)展規(guī)律。
1965年，時任仙童半導體公司研究開發(fā)實驗室主任的戈登·摩爾為《電子學》雜志寫了一篇觀察評論報告，在報告中摩爾提到，工程師可以不斷縮小晶體管的體積，芯片中的晶體管和電阻器的數(shù)量每18個月左右會翻番，半導體的性能與容量將以指數(shù)級增長，并且這種增長趨勢將繼續(xù)延續(xù)下去。他的這種預測，被稱為“摩爾定律”。1975年，摩爾修正摩爾定律，提出每隔24個月晶體管的數(shù)量將翻番。
2015年，摩爾定律歡慶50周年，摩爾本人在接受IEEE期刊Spectrum專訪中透露，當年他在發(fā)表摩爾定律的文章時，只是想分享趨勢觀察，沒想到該理論后來變成半導體產(chǎn)業(yè)發(fā)展的定律。
在最初的40年里，晶體管數(shù)量的增長得益于制程工藝的創(chuàng)新，與摩爾定律一直保持著“默契”。 以CPU為例 ，從早年的180納米到后來的130納米再到90、65、45、32、28 納米。在摩爾定律的指導下，英特爾1971年對外公布了世界第一個微處理器4004，宣告了“一個集成電子新紀元已經(jīng)來臨”。1974年，又推出了微處理器8080?！?080”被當時業(yè)內(nèi)人士稱贊為有史以來最成功的微處理器之一，也正是從8080開始，個人電腦開始在全世界范圍內(nèi)流行起來。
許多人，包括摩爾本人在內(nèi)都沒有意料到摩爾定律生命力竟如此持久。摩爾曾坦言，摩爾定律不會一成不變地永遠繼續(xù)下去，大約還有10~15年就會發(fā)生變化?！叭魏我灾笖?shù)增加的物理量都預示著災難。要知道，這時就接近某種極限了。你總不能超越某種重要的極限?！?
獨立國際策略研究員陳佳對記者表示，當時，電腦處理器性能與時間存在線性關系;又因當時全球處理器市場被寡頭壟斷，導致其價格與時間也存在線性關系。在摩爾定律提出來的五十年間，全球半導體行業(yè)從未跳出來這個線性關系。
雖然在過去數(shù)十年，摩爾定律一直在影響著半導體產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，但也伴隨著爭議，“摩爾定律已死”的說法近十年的時間里從未間斷過。
摩爾定律指的是尺寸在逐年變小的同時，芯片上集成的晶體管數(shù)量越來越多，性能也越來越強，在這個過程中，一直遵循著摩爾定律推進。如果將其置入到實際消費市場中，就體現(xiàn)為大概每隔兩年，新發(fā)布的手機或者電腦等電子產(chǎn)品，性能會遠比前代的產(chǎn)品高出不少。
然而進入21世紀后，單純依靠縮小尺寸的做法正走向窮途末路。不過，摩爾定律總能抓住一些“救命稻草”。在90納米時代，應變硅技術問世。在45納米時代，一種能提高晶體管電容的新材料推出。在22納米時代，三柵極晶體管使芯片性能變得更強大。
但值得注意的是，摩爾定律還被附加了經(jīng)濟色彩。除了性能之外，成本/價格的同時下降也被視作參考標準。按照摩爾定律，芯片被要求在18~24個月的時間里，“既讓性能翻一倍，又讓價格降一倍”。
聊到摩爾定律，我們首先要了解這個定律的提出者——戈登·摩爾，摩爾定律的名字本身也是取自他的名字。戈登·摩爾在提出摩爾定律時是仙童半導體研究所的負責人，后來他有了另一個身份：英特爾的聯(lián)合創(chuàng)始人。
仙童半導體研究所，作為硅谷上世紀最著名的半導體研究所，從中走出來的人影響著今后數(shù)十年的半導體領域發(fā)展，可以說沒有仙童半導體，我們現(xiàn)在所熟知的一切或許都要晚上十年甚至二十年才能面世。
從仙童半導體在走出來的員工，先后成立了AMD、英特爾、賽靈思等你耳熟能詳?shù)钠髽I(yè)，都由仙童半導體離職員工創(chuàng)立，而與仙童半導體有淵源的半導體企業(yè)超過百家，這樣一家頂級半導體研究所的負責人，戈登·摩爾毫無疑問就是當時半導體領域的領頭人之一。
摩爾定律其實是一整篇論文所濃縮而成的一句話，在剛剛發(fā)布時是：“集成電路芯片可容納的晶體管數(shù)量，每隔12個月便會增加一倍，微處理器的性能提高一倍，或價格下降一半”。或許這與大家?？吹降陌姹静煌?，實際上，在后續(xù)的時間里摩爾定律經(jīng)過了數(shù)次的修改，將時間從12個月改為18-24個月，也就是目前最常見的版本。
在接下來的數(shù)十年時間里，摩爾定律都成為半導體領域的核心定律之一，一直引領著半導體領域的發(fā)展與進步。或許有人疑惑，不就是一句對未來發(fā)展的預測嗎?為何能夠有如此重要的作用?
很多人可能誤以為摩爾定律里還有什么物理定律或是研究思路，實際上都沒有，僅僅是戈登·摩爾基于當時的半導體領域發(fā)展，對未來半導體芯片發(fā)展所做出的一個預測。雖然僅僅是一個預測，但是這個預測是戈登·摩爾說出來的，作為當時的半導體領軍人物，從業(yè)者下意識的相信并跟隨這一定律。
“我知道大家都在爭論‘摩爾定律’(Moore’s Law)是否死了?答案是 No!”
北京時間9月28日凌晨，Intel Innovation 2022開幕活動上，英特爾現(xiàn)任CEO帕特·基辛格(Pat Gelsinger)聲嘶力竭地表示，“摩爾定律”沒有死，它還活得好好的(Alive and Well)。
然而一周前，英偉達(NVIDIA)創(chuàng)始人兼CEO黃仁勛卻表達截然相反的觀點。黃仁勛表示，以類似成本實現(xiàn)兩倍業(yè)績預期對于芯片行業(yè)來說已成為過去，“摩爾定律已經(jīng)死了?！?
兩家芯片巨頭將“摩爾定律”的爭論和分歧的熱度帶到了最高點。畢竟，除了英特爾還保持最后的“倔強”外，更多的人都認為“摩爾定律”已不再適用于當下。
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