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(tīng)過(guò)摩爾定律，其一直推動(dòng)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(zhǎng)戈登·摩爾經(jīng)過(guò)長(zhǎng)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(gè)月便會(huì)
如果你從事IT工作，那么你就應(yīng)該聽(tīng)過(guò)摩爾定律，其一直推動(dòng)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(zhǎng)戈登·摩爾經(jīng)過(guò)長(zhǎng)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(gè)月便會(huì)增加一倍，性能也將提升一倍。后來(lái)摩爾定律被引入到其他高科技行業(yè)，用來(lái)形容技術(shù)快速發(fā)展帶來(lái)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(gè)關(guān)于計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)器發(fā)展趨勢(shì)的報(bào)告整理了一份觀察資料。在開(kāi)始繪圖數(shù)據(jù)時(shí)，發(fā)現(xiàn)了一個(gè)驚人的趨勢(shì)，每個(gè)新芯片大體上包含其前任兩倍的容量，每個(gè)芯片的產(chǎn)生都是在前一個(gè)芯片產(chǎn)生后的18-24個(gè)月內(nèi)。如果這個(gè)趨勢(shì)繼續(xù)的話，計(jì)算能力相對(duì)于時(shí)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(shí)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(shí)僅集成2250個(gè)晶體管，處理器主頻僅為0.74MHz，只能進(jìn)行簡(jiǎn)單的4位運(yùn)算。這一處理器的出現(xiàn)，揭開(kāi)了英特爾統(tǒng)治處理器市場(chǎng)的篇章，一直到如今，英特爾都是處理器市場(chǎng)上的霸主。
40多年以來(lái)，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(wèn)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(kāi)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(gè)核心共享前端總線，帶寬并沒(méi)有提升，并且功耗相對(duì)單核至強(qiáng)也并沒(méi)有降低。可以說(shuō)從Paxville上沒(méi)有太多的創(chuàng)新和優(yōu)勢(shì)。但英特爾在多核處理器上的步伐并沒(méi)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(huì)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(shí)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(chǎng)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(jì)，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(wèn)世40多年。人們不無(wú)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(wèn)：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(huì)無(wú)止境地持續(xù)下去嗎？
只要通過(guò)簡(jiǎn)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(wú)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(huì)達(dá)到極限。業(yè)界已有專(zhuān)家預(yù)計(jì)，芯片性能的增長(zhǎng)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(gè)，一是技術(shù)另一個(gè)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(cuò)率也將呈指數(shù)增長(zhǎng)，同時(shí)也使全面而徹底的芯片測(cè)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(huì)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(shí)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(lái)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(shí)際的意義，摩爾定律的收益會(huì)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(lái)看問(wèn)題。有人也認(rèn)為，摩爾定律實(shí)際上是關(guān)于人類(lèi)信念的定律，當(dāng)人們相信某件事情一定能做到時(shí)，就會(huì)努力去實(shí)現(xiàn)它。摩爾當(dāng)初提出他的觀察報(bào)告時(shí)，他實(shí)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(shì)一定會(huì)持續(xù)。
毫無(wú)疑問(wèn)，摩爾定律對(duì)整個(gè)世界意義深遠(yuǎn)。在回顧40年來(lái)半導(dǎo)體芯片業(yè)的進(jìn)展并展望其未來(lái)時(shí)，信息技術(shù)專(zhuān)家們說(shuō)，在今后幾年里，摩爾定律可能還會(huì)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(huì)在下一個(gè)40年繼續(xù)有效。摩爾定律壽終正寢是不能改變的事實(shí)，只不過(guò)是時(shí)間上的問(wèn)題。
摩爾定律的誕生及發(fā)展：
1965年，戈登·摩爾為準(zhǔn)備一個(gè)關(guān)于計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)器發(fā)展趨勢(shì)的報(bào)告整理了一份觀察資料。在開(kāi)始繪圖數(shù)據(jù)時(shí)，發(fā)現(xiàn)了一個(gè)驚人的趨勢(shì)，每個(gè)新芯片大體上包含其前任兩倍的容量，每個(gè)芯片的產(chǎn)生都是在前一個(gè)芯片產(chǎn)生后的18-24個(gè)月內(nèi)。如果這個(gè)趨勢(shì)繼續(xù)的話，計(jì)算能力相對(duì)于時(shí)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(shí)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(shí)僅集成2250個(gè)晶體管，處理器主頻僅為0.74MHz，只能進(jìn)行簡(jiǎn)單的4位運(yùn)算。這一處理器的出現(xiàn)，揭開(kāi)了英特爾統(tǒng)治處理器市場(chǎng)的篇章，一直到如今，英特爾都是處理器市場(chǎng)上的霸主。
40多年以來(lái)，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(wèn)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(kāi)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(gè)核心共享前端總線，帶寬并沒(méi)有提升，并且功耗相對(duì)單核至強(qiáng)也并沒(méi)有降低。可以說(shuō)從Paxville上沒(méi)有太多的創(chuàng)新和優(yōu)勢(shì)。但英特爾在多核處理器上的步伐并沒(méi)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(huì)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(shí)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(chǎng)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(jì)，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(wèn)世40多年。人們不無(wú)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(wèn)：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(huì)無(wú)止境地持續(xù)下去嗎？
只要通過(guò)簡(jiǎn)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(wú)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(huì)達(dá)到極限。業(yè)界已有專(zhuān)家預(yù)計(jì)，芯片性能的增長(zhǎng)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(gè)，一是技術(shù)另一個(gè)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(cuò)率也將呈指數(shù)增長(zhǎng)，同時(shí)也使全面而徹底的芯片測(cè)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(huì)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(shí)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(lái)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(shí)際的意義，摩爾定律的收益會(huì)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(lái)看問(wèn)題。有人也認(rèn)為，摩爾定律實(shí)際上是關(guān)于人類(lèi)信念的定律，當(dāng)人們相信某件事情一定能做到時(shí)，就會(huì)努力去實(shí)現(xiàn)它。摩爾當(dāng)初提出他的觀察報(bào)告時(shí)，他實(shí)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(shì)一定會(huì)持續(xù)。
毫無(wú)疑問(wèn)，摩爾定律對(duì)整個(gè)世界意義深遠(yuǎn)。在回顧40年來(lái)半導(dǎo)體芯片業(yè)的進(jìn)展并展望其未來(lái)時(shí)，信息技術(shù)專(zhuān)家們說(shuō)，在今后幾年里，摩爾定律可能還會(huì)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(huì)在下一個(gè)40年繼續(xù)有效。摩爾定律壽終正寢是不能改變的事實(shí)，只不過(guò)是時(shí)間上的問(wèn)題。
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