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摩尔定律时代结束 新篇章将开启

导读: 很长一段时间,人们内心都植入了这样的想法:计算机永远不会走进日常生活,无论是体积和造价,看起来都是那样的令人难以承受。而后来,如你所见,个人电脑变得只有书本大小厚薄,而计算速度更是超过了 ENIAC 千万倍不止。这一切却早在1956年就被神奇地预言。这便是“摩尔定律”的魔力。

  “我已经不下四次看到过摩尔定律即将灭亡这样的论调出现了。”

  英特尔首席执行官布莱恩·科兹安尼克(Brian Krzanich)在上个月公司发表的一项声明中轻描淡写地写道。

  第五次,这至少是第五次有人试图昭告摩尔定律的失效。之前的几次全部都被证明为虚惊一场,英特尔甚至时常将之当做公开场合的笑话,直言公司有方法,也知道该如何进一步开发原子级别的半导体。摩尔定律历经半个世纪,依然统领着计算机行业,无人可将之撼动。但这一次,或许是真的。主角的名字叫做量子计算机。

  1946年2月14日,世界上第一台通用计算机 ENIAC 诞生了。这是台耗费无数工时人力制造出的庞然大物:

  ENIAC长30.48米,宽6米,高2.4米,占地面积约170平方米,30个操作台,重达30英吨,耗电量150千瓦,造价48万美元。它包含了17,468根真空管7,200根晶体二极管,1,500 个中转,70,000个电阻器,10,000个电容器,1500个继电器,6000多个开关,每秒执行5000次加法或400次乘法,是继电器计算机的1000倍、手工计算的20万倍。

  摩尔定律时代将结束 新篇章将开启

  图片来自 Wikipedia

  很长一段时间,人们内心都植入了这样的想法:计算机永远不会走进日常生活,无论是体积和造价,看起来都是那样的令人难以承受。而后来,如你所见,个人电脑变得只有书本大小厚薄,而计算速度更是超过了 ENIAC 千万倍不止。这一切却早在1956年就被神奇地预言。这便是“摩尔定律”的魔力。

  人类是善于总结的生物,他们总是试图从纷繁多变的事实中,抽离出稳定不变的的真理,从而指导未来的航向。早在20世纪50年代初,科学家们就开始猜测,或许存在一种模式,可以揭示技术变化的速度,帮助人类预测未来。听起来很容易,但放在那个时候,就像没有人会异想天开的认为人类可以进行太空旅行一样荒谬。

  1965年4月19日,一篇对于电子行业发展趋势预测的文章《让集成电路填满更多的组件》被发表在《电子学》(Electronics)35周年特刊上,平静地就像落入大海里的一粒沙。谁也没想到,日后,这篇看似荒诞大胆的文章的预判却统领了计算机行业将近五十年,揭示了隐藏在技术背后的真理。而这篇文章的作者正是戈登·摩尔,揭示的规律被人们称为“摩尔定律”。

  摩尔定律时代将结束 新篇章将开启

  图片来自Intel

  这篇论文,区区3页纸的篇幅,却是迄今为止半导体历史上最具意义的论文。在这篇文章里,摩尔天才地预言道:当价格不变时,集成电路上可容纳的元器件的数目,约每隔18-24个月便会增加一倍,性能也将提升一倍。换言之,每一美元所能买到的电脑性能,将每隔18-24个月翻一倍以上。举个例子,你现在买不起某台电脑没关系,你大可以等上十八个月,因为到那时,同样的电脑只需要一半的价钱了。(实际情况并非如此,后面会解释)

  彼时英特尔尚未诞生,戈登·摩尔也还只是仙童半导体公司(Fairchild Semiconductor)的一名工程师。这是他和另外七个好朋友一同创业的成果,公司主营开发和生产商业半导体器件,是当时知名的半导体公司,人们说:“进入仙童公司,就等于跨进了硅谷半导体工业的大门”。

  摩尔定律时代将结束 新篇章将开启

  “八叛逆”(图片来自Wikipedia)

  仙童半导体公司在1959年首先推出了平面型晶体管,紧接着于1961年又推出了平面型集成电路。这种平面型制造工艺是在研磨得很平的硅片上,采用一种所谓”光刻”技术来形成半导体电路的元器件,如二极管、三极管、电阻和电容等。只要”光刻”的精度不断提高,元器件的密度也会相应提高。因此平面工艺被认为是“整个半导体工业键”,是摩尔定律问世的技术基础。

  说来也巧,摩尔定律的发现其实很简单。在1956年的某一天,摩尔在准备一个关于计算机存储器发展趋势的报告。他整理了一份观察资料。在他开始绘制数据时,发现了一个有趣而惊人的现象。每个新芯片大体上包含其前任两倍的容量,每个芯片的产生都是在前一个芯片产生后的18-24个月内。如果这个趋势继续的话,计算能力相对于时间周期将呈指数式的上升。经过思考和绘制趋势图,摩尔定律诞生了。

  但也正是因为这种观测和推测,摩尔定律严格的说并不难算“定律”,它只不过是描述了一种让电脑价格成倍降低的生产制造过程变化的速度。而且摩尔定律的雏形甚至算不上严谨,摩尔本人在联合好朋友诺伊斯创立英特尔之后的1975年,在IEEE国际电子组件大会上提交了一篇论文,根据当时的实际情况对摩尔定律进行了修正,把“每年增加一倍”改为“每两年增加一倍”,而普遍流行的说法是“每18个月增加一倍”,所以现在的“摩尔定律”很难算得上是原汁原味的“摩尔定律”。

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