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摩尔定律还有下半场吗?

2019-09-16 15:55
来源: 镁客网

近些年,关于摩尔定律是否有效的争论一直没有停止过。

过去几年里,黄仁勋在多个场合都明确表示“摩尔定律已经失效”,是他将这个事实摊开来摆在众人的面前。尔后这几年里,随着半导体产业发展变缓,业内已经对此没有太多异议,就连摩尔定律提出者戈登·摩尔都表示认同,他在多年前就称摩尔定律未来会失效。

原本这场争论和疑惑应该随着“这份共识”消散,但最近还是有人跳出来提出反对,这个人就是台积电全球营销主管Godfrey Cheng。此后在Hot chips活动上,加入台积电的斯坦福著名教授Philip Wong也公开阐述了同样的观点。作为台积电的高管,他们的身份和言论无法令人忽视,也因此一场热议再次被掀起:摩尔定律到底有没有失效?

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摩尔定律、技术与经济

说起摩尔定律,它最初是由Intel创始人之一戈登·摩尔提出的,依据维基百科,其内容为:集成电路上可容纳的晶体管数目,约每隔两年便会增加一倍。后来在不断引用中,“两年”经常会被参照为“18个月”,后者由Intel研发总监David House提出。

因此随着产业的发展,几经修正后,摩尔定律演进为今天大众熟知的说法:IC上可容纳的晶体管数目,约每隔18个月便会增加一倍,性能也将提升一倍。

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图片来源:华尔街新闻

显而易见,摩尔定律是一个直白的技术发展走势预测,而在过去几十年里,每一次芯片工程师设计出性能加倍的芯片之时,它总会被他们反复提起。久而久之,因反复被验证,摩尔定律被业内奉为“黄金定律”。

如摩尔定律所预期,随着制造、封装工艺等相关技术的进步,单颗芯片上可容纳的晶体管数目确实一直在成倍增长。而它带来的市场反应就是大小、价格不变的情况下,笔记本、手机等电子产品的性能每年也都在提升。

历经了半个多世纪的发展,半导体产业所带来的影响逐渐渗透到生活中的方方面面,为信息技术革命提供了硬件支持。而在社会层面,由科技带来的生产效率提升、社会改革和经济增长也确实十分明显,这让摩尔定律的经济学内涵更为浓厚。后来人们对它进行归纳,衍生出以下三种"版本":

1、集成电路芯片上所集成的电路数目,每隔18个月就翻一番。

2、微处理器的性能每隔18个月提高一倍,价格下降一倍。

3、用一美元所能买到的电脑性能,每隔18个月翻两番。

可以说,在过去相当长的时间里,这三条说法均是对半导体技术和产业发展的正确表述。

通过这样的表述,我们不难发现后来人们对摩尔定律的理解更离不开价格这一因素,其描述的“价格”与“性能”之间的反比关系也明确传达了一个信号:摩尔定律与经济发展有更为紧密的关联。

2015年,值摩尔定律50周年,经济学家Timothy Taylor专门写了一篇名为“Moore Law at 50”的博文来阐述自己对摩尔定律的思考。在文中,他这样去概述社会经济与科技的关系:“许多科技变化,比如智能手机、测基因的医疗影像技术或纳米技术的进步,都是建立在电脑的高容量大算力基础之上。信息技术成为推动社会财富增长的关键动力之一,因为有了技术,我们可以用一种全新的方式来管理风险和收益,这在过去是根本不敢想象的,同时技术发展也让全球化和外包经济发展空前。”

而上述的这一切,Timothy Taylor认为本质上的驱动力可以说源于“摩尔定律”,即单颗芯片上不断增长的晶体管数目带来的性能提升,是它让信息技术成本降低的同时计算、存储和传输能力在不断提高,从而为社会经济带来了巨大贡献。

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如Timothy Taylor所言,发展至今,摩尔定律已经不仅仅是一项描述技术走势的定律。在2018年的一次半导体大会上,谈到摩尔定律,Intel中国研究院院长宋继强也强调说,发展至今,其实我们更应该将它看作是描述半导体产业技术与经济发展关系的一项预测。

Intel之后,台积电挑起“摩尔定律”重担

在经济学理论中,生产率的提升成为促进经济体量增长的主要因素。从这个角度去看,在过去几十年,因CPU等固定模块长期占据市场,设计成本在一个长期稳定的状态中,制造就占据了芯片成本的多数份额,这导致了半导体产业制造水平直接对芯片性能、价格产生影响,从而对信息技术的进步和生产率的增长产生影响。而提到半导体制造,近六十年来,它被认为是延续摩尔定律的关键点所在。

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因此回过头去看,半导体制造领域赫赫有名的那些厂商们——早年的IBM、Intel和现在顶住整个产业制造压力的台积电,都成为了过去经济增长的关键推动者。

作为曾经的科技霸主,IBM首先开启了先进半导体制造技术时代,尤其是在nm级制程工艺上。1989年,它搭建了全球第一个200nm生产线,同时在3D封装工艺、铜互连技术、化学机械抛光、计算机化光刻等多项半导体制造技术引领产业走势,也为后来的半导体制造产业奠定了基调。

与此同时,AMD、Intel均在半导体制造市场中持续投入和布局,竞争可以说十分激烈,而正因为紧张的局势,半导体制造产业飞速发展,产品技术发展按照摩尔定律预设的方向稳步向前。

后来,因技术方向错误,在制程上,IBM被Intel的22nm FinFET工艺一举击败。在众人一筹莫展之时,Intel成功延续了摩尔定律的生命,也因此很快就拿下了IBM原有的制造市场,成为nm制程工艺的接棒者。当时风光无限,Intel引来众多追随者,台积电就是其中一名。但随着产业发展,14nm、10nm......晶体管越做越小,Intel也未曾料到,有一天会在7nm上栽跟头。

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