摩尔定律走下神坛

屏幕快照 2016-05-05 上午1.04.00

戈登·摩尔(Gordon Moore),前Intel公司创始人之一,在1965年观察到硅片表面可集成的元件数量每隔一段时间就翻一番,并会在未来一段时间里持续发生,这被称为摩尔定律。

照片来源:美联社 保罗·佐久间(Paul Sakuma)

旧金山报道——在过去几十年间,电脑工业一直都有一个信念:工程师们总能找到办法让电脑芯片更小、更快、更便宜。

这个信念就是摩尔定律,这个定律指引高科技企业从60年代的大型机时代发展到今天的智能手机时代,但今天,芯片制造商联盟打算离开摩尔定律,整个行业开始重整代表硅谷创新精神的核心法则。

芯片科学家们现在差不多做到了极致,他们几乎在原子层面操作芯片原料。如果他们在接下来五年左右完全做到了极致,他们可能就会撞上微半导体技术发展的南墙。那时,如果想让计算机变得更强大,那么他们就必须寻找硅的替代物——硅是现在制作电脑芯片的元材料——或者找到新的芯片设计理念。

摩尔定律对整个世界的重要性毋庸置疑,但抛开它的官方说辞,它其实并不像牛顿运动定律那样是一个科学定律。相反,摩尔定律只是在电脑以指数方式增长的时期,指出了电脑制作工艺的升级步伐,这样降低了工厂成本。

在1965年,Intel公司合伙创始人戈登·摩尔首先观察到硅片表面的集成元件每隔一段时间就翻一番,并且预测这个规律将在未来一段时间一直持续下去。

当摩尔博士发布这个观察报告时,容量最大的内存芯片仅仅能存储1000比特的信息。今天,容量最大的内存芯片集成了接近200亿个晶体管。让我们换一种说法来说明,iPad2,这款2011年推出的400美元可以轻松放于你腿上的平板电脑,比Cray 2,一台象工业洗衣机一样大,价值相当于今天1500万美元,80年代世界上最强大的超级计算机的计算能力还要强。

而且我们还得提醒您:iPad2已经不如更新的升级型号快了。

如果没有如此翻天覆地的进步,今天的电脑行业将不会存在。同时现在多如牛毛的象谷歌和亚马逊这些公司运营的云计算中心也会因为成本太高而无法出现。也不会出现可以让你打车回家或者定个晚餐外卖的智能手机和手机APP。解码人类基因组或者语音识别技术等这些科学突破也都不会发生。

不过现在需要改变了,美国、欧盟、日本、韩国和台湾的半导体工业协会将基于一种名为国际半导体技术路线图(International Technology Roadmap for Semiconductors)的芯片技术预测系统来制作一个最新的预测报告。

几乎所有芯片行业的大公司,包括Intel,IBM,三星等等,都是这个协会的会员,不过Intel说它没有参与最后的报告部分。

为了取代半导体工业已经使用了将近25年的系统,一个名为电气和电子工程师协会(IEEE)的专业组织在星期三宣布它将创建一个新的预测系统,名为国际设备和系统路线图(International Roadmap for Devices and Systems),这个系统将跟踪更广泛的计算机技术。

其中一个技术被称为量子计算,这是一种使用量子物理学原理重构计算机工作方式的尖端技术——量子物理学是一套解释粒子和能量相互作用的物理学体系。

另一个技术是石墨烯,一种碳的物理形式,可以作为硅的替代品生产更小,更快、更节能的晶体管。

“摩尔定律的终点引出了这些突破方向”,乔治亚理工学院的计算机科学家托马斯·M·康特(Thomas M. Conte)说,他是负责起草新标准的组织的联席主席,“未来不能光依靠半导体行业。我们必须转变,推到藩篱,打破南墙!”

预言摩尔定律的终结在硅谷已是多年的消遣游戏,但也不是每个人都认为它代表的意义即将终结。Intel,这个世界上最大的芯片生产商,就是一位反对者,它认为摩尔定律依然有其意义,并将一直指导行业进一步发展到原子层面。

Intel公司CEO布莱恩·科兹安尼克(Brian Krzanich)上个月在公司网站发表了一篇声明,对这些担心嗤之以鼻,在声明中他写到:“我已经见证了宣称摩尔定律已死不下四次了。”

不过Intel公司目前也在面对自己的问题,PC销售在长期下滑,而它还无力向智能手机厂商销售大量芯片。上个月,Intel公司宣布裁员12000人,约占公司11%的员工,花费12亿美元。

整个行业在2005年就观察到摩尔定律失效的征兆,那时研究人员开始担心计算机芯片太热,芯片的热功率将很快赶上太阳表面的热功率。

芯片行业于是不再特意增加速度,而是转而将任务分解到多个核心来分担,通过这种方式来解决了过热问题。事实上,这样通过把任务分担开来成功的降低了芯片温度。

当轻松解决了这个长期困扰的问题后,除Intel之外的芯片生产商对它们的业务发展提出了更多的问题,而此时Intel已经不再对行业未来发展做出正式的预测了。

“当你看到Intel认为PC行业正在下降,看到移动计算行业也出现了要下降的兆头,大家都开始寻找半导体行业的蓝海。”大卫·坎特(David Kanter)说,大卫是旧金山Real World Technologies公司的一名半导体行业分析师。

除了即将达到晶体管的物理极限这个问题外,其它的发展屏障也在显现。举例来说,大部分半导体公司认为电脑芯片的每晶体管成本已经停止下降了。成本不断下降曾经是快速开发新的计算机技术的关键因素之一。

很多公司高层和电脑行业分析师都怀疑Intel是否有能力让摩尔定律继续生效。他们指出如果Intel在过去有能力依照摩尔定律继续降低成本,那么它早就应该称霸以智能手机为代表的移动计算平台了。而作为Intel刚刚的裁员计划的一部分,它取消了自己的原子微处理器,公司在过去没能成功的将这个产品卖给智能手机厂商。

“如果你的全部生意都基于摩尔定律,而摩尔定律又失效了,你将何去何从?”康特博士在一封email中写到。