雙因素制約 Intel摩爾定律將何去何從
[導(dǎo)讀]如果你從事IT工作，那么你就應(yīng)該聽過摩爾定律，其一直推動著英特爾的芯片以穩(wěn)步的節(jié)奏向前發(fā)展。摩爾定律是由Intel名譽(yù)董事長戈登·摩爾經(jīng)過長期觀察得出的結(jié)論，是指集成電路上可容納的晶體管數(shù)目，約每隔18個月便會
如果你從事IT工作，那么你就應(yīng)該聽過摩爾定律，其一直推動著英特爾的芯片以穩(wěn)步的節(jié)奏向前發(fā)展。摩爾定律是由Intel名譽(yù)董事長戈登·摩爾經(jīng)過長期觀察得出的結(jié)論，是指集成電路上可容納的晶體管數(shù)目，約每隔18個月便會增加一倍，性能也將提升一倍。后來摩爾定律被引入到其他高科技行業(yè)，用來形容技術(shù)快速發(fā)展帶來的性能提高。
摩爾定律的誕生及發(fā)展：
1965年，戈登·摩爾為準(zhǔn)備一個關(guān)于計算機(jī)存儲器發(fā)展趨勢的報告整理了一份觀察資料。在開始繪圖數(shù)據(jù)時，發(fā)現(xiàn)了一個驚人的趨勢，每個新芯片大體上包含其前任兩倍的容量，每個芯片的產(chǎn)生都是在前一個芯片產(chǎn)生后的18-24個月內(nèi)。如果這個趨勢繼續(xù)的話，計算能力相對于時間周期將呈指數(shù)式的上升。
世界上第一顆處理器在1970年英特爾誕生。當(dāng)時這顆命名為4004的處理器采用的是10微米的制作工藝，內(nèi)部當(dāng)時僅集成2250個晶體管，處理器主頻僅為0.74MHz，只能進(jìn)行簡單的4位運(yùn)算。這一處理器的出現(xiàn)，揭開了英特爾統(tǒng)治處理器市場的篇章，一直到如今，英特爾都是處理器市場上的霸主。
40多年以來，摩爾定律一直敦促著處理器不斷發(fā)展，從當(dāng)初的4004的0.74MHz，到奔騰4的3.08GH在，英特爾不斷刷新著頻率的極限，而為了解決執(zhí)行效率低下功耗大的問題，英特爾又轉(zhuǎn)向多核心處理器研發(fā)方面。在2005年4月，英特爾推出了首款用于桌面PC的奔騰D雙核處理器，標(biāo)志著英特爾已經(jīng)開始了多核化步伐，多核技術(shù)成為英特爾之后的主要發(fā)展方向。
兩個核心共享前端總線，帶寬并沒有提升，并且功耗相對單核至強(qiáng)也并沒有降低?？梢哉f從Paxville上沒有太多的創(chuàng)新和優(yōu)勢。但英特爾在多核處理器上的步伐并沒有停滯，在這里我們不得不提到英特爾的“Tick-Tock”，即擺鐘式發(fā)展步調(diào)，每隔兩年就會推出新的制程技術(shù)，然后隔年推出新的微構(gòu)架。
英特爾“Tick-Tock”
英特爾遵循著Tick-Tock發(fā)展戰(zhàn)略，在多核技術(shù)上穩(wěn)步的進(jìn)步著更新?lián)Q代。很快英特爾就進(jìn)入到了65、45、32納米時代。目前，Intel的面向桌面PC的處理器酷睿i7的最大核心能夠達(dá)到8核心。面向服務(wù)器市場的至強(qiáng)E7處理器最高核心數(shù)量已經(jīng)達(dá)到10核心設(shè)計，讓處理器的性能大幅提高。這些都是摩爾定律的促進(jìn)作用!
制約摩爾定律的因素
摩爾定律已經(jīng)問世40多年。人們不無驚奇地看到半導(dǎo)體芯片制造工藝水平以一種令人驚訝的速度提升。但人們不禁想問：摩爾定律能促進(jìn)推出性能更強(qiáng)的芯片，但這種令人難以置信的發(fā)展速度會無止境地持續(xù)下去嗎？
只要通過簡單的邏輯推理就可以知道：芯片上元件的幾何尺寸總不可能無限制地縮小下去，這就意味著，總有一天，芯片單位面積上可集成的元件數(shù)量會達(dá)到極限。業(yè)界已有專家預(yù)計，芯片性能的增長速度將在今后幾年趨緩。一般認(rèn)為，摩爾定律能再適用10年左右。其制約的摩爾定律發(fā)展因素有兩個，一是技術(shù)另一個是經(jīng)濟(jì)。
技術(shù)制約因素
從技術(shù)的角度看，隨著硅片上線路密度的增加，其復(fù)雜性和差錯率也將呈指數(shù)增長，同時也使全面而徹底的芯片測試幾乎成為不可能。
芯片單位面積上可集成的元件數(shù)量會達(dá)到極限，這種情況下材料的物理、化學(xué)性能將發(fā)生質(zhì)的變化，致使采用現(xiàn)行工藝的半導(dǎo)體器件不能正常工作，摩爾定律也就要走到它的盡頭了。
經(jīng)濟(jì)制約因素
從經(jīng)濟(jì)的角度看，正如上述摩爾第二定律所述，目前是20-30億美元建一座芯片廠，線條尺寸縮小到0.1微米時將猛增至100億美元，比一座核電站投資還大。這種費(fèi)用已經(jīng)使越來越多的芯片廠商推出了發(fā)展的行列。
而且即使作為英特爾這樣的巨頭，花費(fèi)如此巨大的資金投入而為了追求性能的提高并不具有實際的意義，摩爾定律的收益會隨著工藝的難度上升而遞減，著也大大增加了研究的難度。
然而，也有人從不同的角度來看問題。有人也認(rèn)為，摩爾定律實際上是關(guān)于人類信念的定律，當(dāng)人們相信某件事情一定能做到時，就會努力去實現(xiàn)它。摩爾當(dāng)初提出他的觀察報告時，他實際上是給了人們一種信念，使大家相信他預(yù)言的發(fā)展趨勢一定會持續(xù)。
毫無疑問，摩爾定律對整個世界意義深遠(yuǎn)。在回顧40年來半導(dǎo)體芯片業(yè)的進(jìn)展并展望其未來時，信息技術(shù)專家們說，在今后幾年里，摩爾定律可能還會適用。但隨著晶體管電路逐漸接近性能極限，芯片發(fā)熱等副作用逐漸顯現(xiàn)，電子的運(yùn)行也難以控制，半導(dǎo)體晶體管將不再可靠。摩爾定律肯定不會在下一個40年繼續(xù)有效。摩爾定律壽終正寢是不能改變的事實，只不過是時間上的問題。
摩爾定律的誕生及發(fā)展：
1965年，戈登·摩爾為準(zhǔn)備一個關(guān)于計算機(jī)存儲器發(fā)展趨勢的報告整理了一份觀察資料。在開始繪圖數(shù)據(jù)時，發(fā)現(xiàn)了一個驚人的趨勢，每個新芯片大體上包含其前任兩倍的容量，每個芯片的產(chǎn)生都是在前一個芯片產(chǎn)生后的18-24個月內(nèi)。如果這個趨勢繼續(xù)的話，計算能力相對于時間周期將呈指數(shù)式的上升。
世界上第一顆處理器在1970年英特爾誕生。當(dāng)時這顆命名為4004的處理器采用的是10微米的制作工藝，內(nèi)部當(dāng)時僅集成2250個晶體管，處理器主頻僅為0.74MHz，只能進(jìn)行簡單的4位運(yùn)算。這一處理器的出現(xiàn)，揭開了英特爾統(tǒng)治處理器市場的篇章，一直到如今，英特爾都是處理器市場上的霸主。
40多年以來，摩爾定律一直敦促著處理器不斷發(fā)展，從當(dāng)初的4004的0.74MHz，到奔騰4的3.08GH在，英特爾不斷刷新著頻率的極限，而為了解決執(zhí)行效率低下功耗大的問題，英特爾又轉(zhuǎn)向多核心處理器研發(fā)方面。在2005年4月，英特爾推出了首款用于桌面PC的奔騰D雙核處理器，標(biāo)志著英特爾已經(jīng)開始了多核化步伐，多核技術(shù)成為英特爾之后的主要發(fā)展方向。
兩個核心共享前端總線，帶寬并沒有提升，并且功耗相對單核至強(qiáng)也并沒有降低?？梢哉f從Paxville上沒有太多的創(chuàng)新和優(yōu)勢。但英特爾在多核處理器上的步伐并沒有停滯，在這里我們不得不提到英特爾的“Tick-Tock”，即擺鐘式發(fā)展步調(diào)，每隔兩年就會推出新的制程技術(shù)，然后隔年推出新的微構(gòu)架。
英特爾“Tick-Tock”
英特爾遵循著Tick-Tock發(fā)展戰(zhàn)略，在多核技術(shù)上穩(wěn)步的進(jìn)步著更新?lián)Q代。很快英特爾就進(jìn)入到了65、45、32納米時代。目前，Intel的面向桌面PC的處理器酷睿i7的最大核心能夠達(dá)到8核心。面向服務(wù)器市場的至強(qiáng)E7處理器最高核心數(shù)量已經(jīng)達(dá)到10核心設(shè)計，讓處理器的性能大幅提高。這些都是摩爾定律的促進(jìn)作用!
制約摩爾定律的因素
摩爾定律已經(jīng)問世40多年。人們不無驚奇地看到半導(dǎo)體芯片制造工藝水平以一種令人驚訝的速度提升。但人們不禁想問：摩爾定律能促進(jìn)推出性能更強(qiáng)的芯片，但這種令人難以置信的發(fā)展速度會無止境地持續(xù)下去嗎？
只要通過簡單的邏輯推理就可以知道：芯片上元件的幾何尺寸總不可能無限制地縮小下去，這就意味著，總有一天，芯片單位面積上可集成的元件數(shù)量會達(dá)到極限。業(yè)界已有專家預(yù)計，芯片性能的增長速度將在今后幾年趨緩。一般認(rèn)為，摩爾定律能再適用10年左右。其制約的摩爾定律發(fā)展因素有兩個，一是技術(shù)另一個是經(jīng)濟(jì)。
技術(shù)制約因素
從技術(shù)的角度看，隨著硅片上線路密度的增加，其復(fù)雜性和差錯率也將呈指數(shù)增長，同時也使全面而徹底的芯片測試幾乎成為不可能。
芯片單位面積上可集成的元件數(shù)量會達(dá)到極限，這種情況下材料的物理、化學(xué)性能將發(fā)生質(zhì)的變化，致使采用現(xiàn)行工藝的半導(dǎo)體器件不能正常工作，摩爾定律也就要走到它的盡頭了。
經(jīng)濟(jì)制約因素
從經(jīng)濟(jì)的角度看，正如上述摩爾第二定律所述，目前是20-30億美元建一座芯片廠，線條尺寸縮小到0.1微米時將猛增至100億美元，比一座核電站投資還大。這種費(fèi)用已經(jīng)使越來越多的芯片廠商推出了發(fā)展的行列。
而且即使作為英特爾這樣的巨頭，花費(fèi)如此巨大的資金投入而為了追求性能的提高并不具有實際的意義，摩爾定律的收益會隨著工藝的難度上升而遞減，著也大大增加了研究的難度。
然而，也有人從不同的角度來看問題。有人也認(rèn)為，摩爾定律實際上是關(guān)于人類信念的定律，當(dāng)人們相信某件事情一定能做到時，就會努力去實現(xiàn)它。摩爾當(dāng)初提出他的觀察報告時，他實際上是給了人們一種信念，使大家相信他預(yù)言的發(fā)展趨勢一定會持續(xù)。
毫無疑問，摩爾定律對整個世界意義深遠(yuǎn)。在回顧40年來半導(dǎo)體芯片業(yè)的進(jìn)展并展望其未來時，信息技術(shù)專家們說，在今后幾年里，摩爾定律可能還會適用。但隨著晶體管電路逐漸接近性能極限，芯片發(fā)熱等副作用逐漸顯現(xiàn)，電子的運(yùn)行也難以控制，半導(dǎo)體晶體管將不再可靠。摩爾定律肯定不會在下一個40年繼續(xù)有效。摩爾定律壽終正寢是不能改變的事實，只不過是時間上的問題。
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