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摩尔定律将尽?

2018-09-07 12:05

  运行了半个世纪的摩尔定律,是否在几十年中曾经被,被神化?是否在现有的市场中已经被上网本这样的事物?在互联网的云计算时代,是否崩溃的边缘?

  “在今后15年里,这一定律仍会发生作用。”几日前,贝瑞特在的IDF上公开时说。

  贝瑞特下月即将退休,他显然不是在随意发出预言。看上去,摩尔定律已陷入“卡桑德拉式”的厄运预言中了。

  贝瑞特的显然十分委婉,听上去觉得,定律还有很长的寿命。15年,对个人来说,毕竟不是一瞬。

  但IBM研究员Carl Anderson就十分不客气。上周,他直白地说,摩尔定律已到尽头,即将失效。理由是,各行各业呈爆炸式成长的时代终将告一段落,先是铁,后是航空业,如今轮到半导体产业了。

  更为专业的技术人士,则将失效理由归结为材料与技术的极限,而不在于工艺本身。

  制作芯片现有材料是硅。它由50年前的美国人发明。之后美国仙童公司的诺伊斯(之后创立了英特尔)、德仪公司的基尔比发明了集成电。1965年,摩尔开始其定律,一般的叙述如此这般:每过18个月,单位面积上的晶体管数量增长一倍,而价格不变。

  1971年,英特尔首个微处理器仅集成2000多个晶体管,而2008年最新的45纳米产品则集成高达2.05亿个晶体管。

  半导体产业研究专家莫大康对CBN记者表示,为了降低功耗与制造成本,深度集成仍是行业努力的方向,但这不可能永无止境。用作绝缘材料的二氧化硅,已逼近极限,如继续缩小,将导致漏电、散热等物理瓶颈,数量集成趋势终有终结的一天。

  纽约州立大学奥尔巴尼分校教授Alain Kaloyeros说,耗电增加、发热难题日益加剧。他嘲笑说,现在芯片每个单元产生的热量,超过了旧式的蒸汽熨斗,以后 “不希望用笔记本电脑去熨裤子”。

  事实上,2008年,英特尔推出45纳米工艺前,已备受质疑多年。不过,借助材料突破(替代二氧化硅),它渡过了,打通了进军32纳米、22纳米的道。

  但这只是暂时的高兴。新材料在22纳米之后,也将遭受同样的问题。事实上,2005年3月,贝瑞特在美国IDF中也已透露,传统工艺“设想达到的极限”将是5纳米,超越这个极限,将电流泄漏等难题。

  这正是英特尔迄今为止给出的最高寿命极限。按目前演进趋势,大约在2020年左右,摩尔定律将成为历史。这与贝瑞特最新所说的15年完全吻合。

  摩尔定律被英特尔一直奉为圭臬,即便是贝瑞特谈及定律生命已经有限,但其许多高管一直不愿承认。

  非但如此,该公司还试图将定律“私有化”,不断加以怀念,沉淀。2005年春,该公司在全球 1万美元,寻找一本40年前的老。

  的名称为《电子学》。那是美国上世纪60年代的刊物。1965年4月,36岁的摩尔在发了篇文章,名叫《往集成电里塞进更多元器件》,对产品趋势预言了一下。

  这就是摩尔定律诞生的源头了——尽管1960年斯坦福大学恩格尔伯特已发现类似规律,只是没发表文章。

  摩尔的预言当时没产生多大反响。摩尔当年将这本借给了朋友,再也没能找回。那时英特尔自己还都没成立,但成立37年后,它忽然想到,这似乎是公司的“宝贝“,于是寻物。

  实际上,“摩尔定律”称得上“定律”,完全是溢美之辞。因为,它不同于数学、物理等自然学科上具有严格意义的,而只是一种基于产品发展的预测,顶多可称为“规律”。毕竟,单位面积到底该集成多少晶体管,没人你。

  而且,摩尔的预言,从诞生到成为言必称的“定律”,其间充满着、的特征,还有点误打误撞。

  事实上,摩尔本人从没说过这句话:单位面积晶体管数量每18个月翻一番,价格不变。

  CBN记者查询到摩尔1965年的原文,它是一篇评论。原文如此表述:随着单位成本下降,晶体管数量增加;1975年,业界将能看到,每个硅片可集成65000个晶体管。

  原文对此加了一句解释:最低成本下,晶体管复杂度大约每年增加一倍。但没有说明,“复杂度”是否为“数量”。

  而摩尔本人非但没有称它为“定律”,之后还对它做了多次修正。1975年,他在IEEE组织会议上作了题为《数字集成电的发展》的,将的叙述改成:今后10年,新的斜率说明,大约每两年增加1倍而不是每1年增加1倍;1997年9月,在接受《科学的美国人》采访时,摩尔亲口强调,他当年说的是,每两年翻1番,而不是每年翻1番,并坚定地说,从来没有说过“每18个月翻一番”。

  而英特尔高管口中常补充的后半句“价格不变”,摩尔当年也没说过。他根据1965年至1970年的走势倒做过预测,他说,1970年,每个芯片成本是当时的1/10。即使如此,计算下来,平均每年下降仅37%,并非“一半”。

  中芯国际董事长王阳元对此揶揄了一下。他说,结合英特尔最初的处理器晶体管价格,如果严格按英特尔的完美表述来计算,“到2010年,1美元可以买1万辆汽车”。

  台积电创始人、现任董事长张忠谋去年对CBN记者表示,半导体技术的创新正相对“变窄”,摩尔定律不是技术定律,而是“经济效益理论”。

  摩尔定律已淡去色彩,人们开始焦躁地等待有人来延续它的生命,而更多人试图开始创造新的生命。

  “半导体制造已转向新材料、原理创新的时代。”莫大康对CBN记者说,寻求替代材料的努力,反而多集中于非半导体领域,因为半导体制造业所涉领域较广。

  看起来已经有了一些新材料与新技术。IBM研发部高级副总裁John Kelly说,已经拥有更多替代品。美国半导体行业协会总裁George Scalise前不久表示:“现在已处于挑选候选者的阶段。”

  一种新的替代技术名为“自旋电子”。它借助电子充电与旋转来存储信息,采用这一方法可减少耗电;另一种是采用纳米技术,在两个碳之间悬浮单个金属原子,通过金属原子左右运动控制电流开关。莫大康表示,目前“碳纳米管”技术,即将一种特殊碳原子组合成管状的技术,已经可以按不同配置,制造“逻辑门”了。

  而另一技术大佬IBM则正借生物领域的研究向芯片延伸。DNA、蛋白质等具有自发性组织能力的物质或许扮演未来关键元器件的角色。

  “英特尔的技术人员,很多也都是玩原子的。”英特尔中国大区杨叙对CBN记者形象地说。

  而这还需要伴随着生产设备的升级。莫大康表示,工艺越先进,制造成本越高,其中的设备研发成本也日益高昂。真正能承担起几十亿美元甚至更高研发费用的,只有IBM、英特尔、三星、美国应材等有限的企业,而产业分工又让它们各自十分谨慎。

  贝瑞特则寄希望于未来的奇迹。谈及困局,他说:“每当我们感到山穷水尽之时,总会有聪明的工程师来解围。”

  但上述新技术都还停留在实验阶段。而从实验室到大规模商用,在计算机领域,至少要花10年工夫,留给摩尔定律表演的时间不多了。但愿芯片业的人们,尤其是英特尔人不要陷入危机。

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