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摩尔定律还有下半场吗?

2019-09-16 15:55
来源: 镁客网

在近代工艺的发展历史上,7nm绝对是最受关注的工艺水平之一,很多在10nm工艺上大放异彩的半导体公司都在7nm上吃了苦头,Intel也不例外。也因此,台积电借势一举打下了大半市场,完成了自己从追随者到引领者的身份蜕变,树立了自己的地位,拿下了高通、华为等多家主流手机公司的大单。

值得一提的是,在台积电打败Intel之时,伴随而来的不仅仅是工艺技术的进步,以台积电为代表的水平分工模式的壮大同样不可忽视。有业内人分析指出,在IDM时代之后,伴随着IBM、Intel相继退居幕后,水平分工模式可以看做是半导体产业经济中最伟大的创新之一,也正是借此,台湾半导体产业走到了舞台中央,台湾经济因此腾飞。

制造先行,摩尔定律在后

发展至今,我们发现,其实半导体制造领域一直在以一个稳定的节奏向前推动。从早期的先进制程到现在的先进封装、晶体管革新,从早年的IDM时代到如今的水平分工模式,无论是技术层面的发展还是制造分工的创新,制造产业一直在不断革新和发展。

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现在,作为代工企业里的中流砥柱,台积电也是一直在推进对新技术、新工艺的探索,不久前,它站出来发声,目的也是给出产业几个可行的降低成本的技术方向:

1. 深入设计技术协同优化向系统技术协同优化的转变,采用新的系统集成方式,如用interposer的方式将多模块集成在一起,如Chiplet;

2. 用基于硅片的先进封装技术将计算和存储更为紧密集成,以提升芯片系统;

3. 新的底层材料,比如碳纳米管;

可以看出,这几个技术方向绝非空穴来风。今年年中,用Chiplet This,台积电已经向业内展示了其系统封装技术的先进性,而史上最大单晶圆芯片Cerebras Wafer Scale Engine的背后,无疑是台积电在硅片封装上的技术能力在支撑,而最近刊登在nature杂志上的最新碳纳米管处理器,其也让基于第三代材料的芯片商用向前迈了一大步,而这些都将为延续摩尔定律提供动力。

但即便如此,这几大技术方向是否能够给产业带来真正的动力尚不可知,并且从发展历程来看,真正适应市场的技术一定会引爆市场,而现在整个产业的“平静”多少让人担心:先进制造将无法延续摩尔定律。

从有序走向无序,“失效”背后的技术变革

回顾摩尔定律,它之所以如此重要,是因为自提出以来,经过几十年的验证,摩尔定律对于产业发展规律的描述有其正确性。

但是随着应用需求和技术走势的变化,芯片产品模式也发生了翻天覆地的变化,设计在芯片中的成本占比也越来越高,加之通用性CPU不再适用于上层需求,性能和价格的发展走势已经无法继续维持常数的比例关系。

因此业内人普遍认为摩尔定律失效。

黄仁勋是代表之一,他认为信息技术发展对CPU的依赖已经弱化了许多,新的芯片产品比如说GPU承担了更多计算任务,因此再也不像摩尔定律所言,晶体管数目决定了性能、算力的发展,未来计算能力将会与系统架构、软件生态等更多因素有关。

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图片来源:英伟达官网

不难理解,黄仁勋的出发点就是技术,即晶体管与算力之间的正比关系,从这个角度去看,摩尔定律所预言的确实不复存在了。因为在近十年来,为了追求使用体验并迎合深度学习算法需求,市场都极其愿意为价格高昂、块头极大的GPU买单,而这显然已经偏离了摩尔定律的预期。

不过有意思的是,业内有人分析发现,从长期的价格走势来看,近十年GPU性能在不断走高,价格其实在走低,颇有“摩尔定律”的意味,而这里面,GPU产品走势的主要影响因素是制造工艺的提升。

但是回到整个产业去看,半导体技术的发展确实已经不再如摩尔定律所预言的一般。

由此不难得出两点:1.摩尔定律所说的晶体管数目与性能之间的关系已经不再适用半导体产业的整体发展走势;2.因为需求和技术的变革,现在的半导体制造已经不再是影响半导体产业按照摩尔定律发展的关键因素。

摩尔定律真的完全失效了吗?

但是,摩尔定律背后所阐述的技术与经济发展关系也因此失效了吗?

很难说。因为正如任何一条被反复验证的定律一般,历经了半导体产业六十年的发展,摩尔定律势必也将随之发展,甚至被不断修正,因此依然有很多人对新的产业定律抱有期待。

现在,因为摩尔定律的失效,异构计算、AI芯片等均兴起,算力、性能依然在不断提升,但是同样,底层芯片的成本确实也在提升。不过相较于以往只卖CPU等硬件模块的商业模式,系统集成是现在的主流,在英伟达之后,卖服务和平台也成为现在芯片公司再平常不过的销售方式。

如果摩尔定律失效,它意味着半导体产业走向了一个发展的瓶颈期,或者说一个稳定发展阶段的终结。但不仅仅如此,如Timothy Taylor所分析,半导体推动经济发展的这股驱动力将会削弱,经济增长会受到一定程度的影响。

但是摩尔定律已经不仅仅是一项技术定律,异构计算等新兴技术引起的商业模式变化,乃至分工模式的变化,最终和整个社会经济再次融为一体,形成一个长期稳定的局面,这确实是可期的。

最后,摩尔定律的背后故事

摩尔定律第一次正式被公众知悉,是戈登·摩尔在供职仙童半导体期间,他于1965年4月19日在《Electronics Magazine》上刊登的一篇《让集成电路填满更多的组件》中提到了它,当时他是根据器件的复杂性(电路密度提高而价格降低)和时间之间的线性关系作出这一判断的,他的原话是这样的:“最低元件价格下的理杂性每年大约增加一倍。可以确信,短期内这一增长率会继续保持。即便不是有所加快的话。而在更长时期内的增长率应是略有波动,尽管没有充分的理由来证明,这一增长率至少在未来十年内几乎维持为一个常数。”这就是后来被人称为“摩尔定律”的最初原型。

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图 | 戈登·摩尔

1975年,摩尔在国际电信联盟IEEE的学术年会上提交了一篇论文,根据当时的实际情况,对"密度每年回一番"的增长率进行了重新审定和修正。自那以后,摩尔定律就成为今天我们所见到的形态。

不过后来在1997年,摩尔本人在接受采访时表示,他当年是把"每年翻一番"改为"每两年翻一番",并声明他从来没有说过"每18个月翻一番",即现在所流传的18个翻一番并非出自他之口。

“修正”后,这项以摩尔命名的定律就这样流传了下来,并在反复验证下收获了业内人的关注和认可。未来,很有可能,它将会再次被修正甚至以另一种形态出现。

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