9月29日消息，《紐約時(shí)報(bào)》網(wǎng)絡(luò)版撰文對(duì)電腦芯片的未來(lái)展開解析。文中介紹了摩爾定律對(duì)芯片行業(yè)的深遠(yuǎn)影響。然而，這一定律未必將永遠(yuǎn)應(yīng)驗(yàn)。芯片開發(fā)速度正在放緩，這將使業(yè)內(nèi)競(jìng)爭(zhēng)更加激烈，同時(shí)也能促進(jìn)行業(yè)創(chuàng)新。
以下為文章主要內(nèi)容：
1960年，在賓夕法尼亞大學(xué)校園中舉行的國(guó)際固態(tài)電路大會(huì)上，一名年輕的計(jì)算機(jī)工程師道格拉斯 恩格爾巴特(Douglas Engelbart)向電子行業(yè)介紹了一個(gè)簡(jiǎn)單但具突破性的概念——縮放(scaling)。
恩格爾巴特博士從理論上提出了自己的設(shè)想，隨著電子電路的尺寸不斷縮小，元器件的運(yùn)行速度將不斷加快、需要更少的電力，其制造成本也會(huì)隨之降低。他后來(lái)因研發(fā)鼠標(biāo)而被稱為“鼠標(biāo)之父”，也開發(fā)了其他個(gè)人計(jì)算技術(shù)。
那天坐在聽眾席中有位聽眾在1968年成為英特爾的創(chuàng)始人之一，他就是戈登 摩爾(Gordon Moore)。 1965年，摩爾對(duì)縮放原理(scaling principle)展開了具體的量化闡述，這對(duì)計(jì)算機(jī)時(shí)代產(chǎn)生了巨大影響。他預(yù)測(cè)，至少十年內(nèi)，芯片上可焊刻的晶體管數(shù)量將每年翻一番，最終導(dǎo)致電腦性能發(fā)生突飛猛進(jìn)的進(jìn)步。
他的預(yù)測(cè)發(fā)表在1965年《電子技術(shù)(Electronics)》雜志的四月刊中，后來(lái)被稱為摩爾定律。但這一定律并非真正意義上的物理定律，而是摩爾對(duì)這個(gè)新興行業(yè)發(fā)展勢(shì)態(tài)的觀察推測(cè)，摩爾定律在接下來(lái)的半個(gè)世紀(jì)內(nèi)被證明是正確的。
晶體管的寬度大致等同于棉纖維，在60年代初，一個(gè)晶體管的價(jià)格約為8美元(按當(dāng)前的通脹率換算而成)。如今，一塊指甲蓋大小的芯片上可以焊接幾十億個(gè)晶體管，而晶體管的價(jià)格遠(yuǎn)低于1美分。
伴隨摩爾定律的應(yīng)驗(yàn)，硅谷在個(gè)人電腦、智能手機(jī)和互聯(lián)網(wǎng)等方面取得了舉世矚目的成績(jī)。
然而，近幾年，摩爾定律中預(yù)測(cè)的發(fā)展速度在放緩。十年前，芯片運(yùn)行速度已止步不前，新一代芯片的研發(fā)周期延長(zhǎng)了，單個(gè)晶體管的成本已趨于穩(wěn)定。
據(jù)技術(shù)專家表示，未來(lái)新一代芯片的研發(fā)周期將更長(zhǎng)，或許為兩年半至三年。他們擔(dān)心，本世紀(jì)20年代中期，屆時(shí)僅由數(shù)個(gè)分子構(gòu)成的晶體管將無(wú)法可靠地發(fā)揮作用。除非出現(xiàn)新的技術(shù)突破，摩爾定律將終結(jié)。
通信芯片制造商博通的首席技術(shù)官亨利 塞繆爾(Henry Samueli) 打個(gè)了形象的比喻，摩爾定律如同老人一樣正在老去，頭發(fā)逐漸發(fā)白，“他”并未步入死亡，而是即將退休。
1995年，摩爾把芯片上容納的晶體管數(shù)量每年翻一番的周期改為每?jī)赡攴环?/p>
但問(wèn)題在于，如果運(yùn)行速度不斷增大、能耗不斷減少、價(jià)格持續(xù)走低這三種趨勢(shì)不能同時(shí)持續(xù)，將會(huì)發(fā)生什么。
前英特爾電氣工程師的羅伯特 科爾韋爾(Robert Colwell)表示，這種情況產(chǎn)生的影響將遠(yuǎn)不僅限于計(jì)算機(jī)行業(yè)。他說(shuō)，“以汽車行業(yè)為例，過(guò)去30年間什么推動(dòng)了這一行業(yè)的創(chuàng)新？摩爾定律。”他指出，汽車行業(yè)在發(fā)動(dòng)機(jī)控制器、防抱死剎車系統(tǒng)、導(dǎo)航、娛樂(lè)及安全系統(tǒng)等方面的創(chuàng)新大都?xì)w因于半導(dǎo)體成本越來(lái)越低。
但永遠(yuǎn)擁有年輕心態(tài)的硅谷未存有這些擔(dān)心。三十多年來(lái)，硅谷堅(jiān)信，計(jì)算機(jī)速度將更快、性能將更強(qiáng)、價(jià)格將更低。這一前景被描述為“互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代”，甚至還催生了“奇點(diǎn)理論”。若達(dá)到奇點(diǎn)這一階段，計(jì)算機(jī)將超越人類智慧。硅谷的許多人對(duì)此堅(jiān)信不疑。
物理極限
芯片由金屬線以及以半導(dǎo)體材料為基礎(chǔ)的晶體管制成。晶體管是一種能夠控制電流流動(dòng)的電子開關(guān)。最先進(jìn)的晶體管比光的波長(zhǎng)還小，最先進(jìn)的電子開關(guān)則比生物病毒還小。
芯片的生產(chǎn)采用了光刻制造工藝。這一工藝始于20世紀(jì)50年代末，并得到不斷改進(jìn)。如今，紫外線激光也被應(yīng)用到這一工藝中。
當(dāng)恩格爾巴特所描述的“縮放”不再應(yīng)驗(yàn)，大型芯片公司該采取什么措施？它們可以采用軟件或擁有相同數(shù)量晶體管但計(jì)算性能更高的新型芯片設(shè)計(jì)?；蛘咭肽承┨厥獠牧嫌脕?lái)制作速度更快體積更小的晶體管、新型的存儲(chǔ)器以及光纖通信線路(而非電子通信線路)。
還可采用許多具有突破意義的應(yīng)對(duì)之舉。例如，量子計(jì)算這一技術(shù)如果能夠投入實(shí)際應(yīng)用，可以大幅縮短加工時(shí)間，以及加快自旋電子學(xué)的發(fā)展。在未來(lái)，自旋電子學(xué)有望使計(jì)算技術(shù)進(jìn)入原子量級(jí)元件的時(shí)代。
近來(lái)，人們對(duì)新型的遠(yuǎn)紫外線生產(chǎn)工藝(EUV)持有樂(lè)觀態(tài)度。遠(yuǎn)紫外線的光波約為可見光譜中最短光波的十分之一，從而使生產(chǎn)更小尺寸元件成為可能，同時(shí)簡(jiǎn)化芯片制造過(guò)程。但該技術(shù)的實(shí)效性還未在商業(yè)生產(chǎn)中得到驗(yàn)證。
同三星、臺(tái)積電等競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手不同，英特爾高管堅(jiān)信，在可預(yù)見的未來(lái)，公司生產(chǎn)的芯片價(jià)格將不斷降低。對(duì)于晶體管價(jià)格已趨于穩(wěn)定的說(shuō)法，英特爾表示反對(duì)。
今年7月，英特爾表示將把引進(jìn)10納米技術(shù)(相較而言，人的一根發(fā)約寬7.5000萬(wàn)納米)的時(shí)間延遲至2017年。此舉相悖于傳統(tǒng)做法，英特爾通常每年都會(huì)引入由尺寸更小的晶體管構(gòu)成的芯片，并在下一年采用新的設(shè)計(jì)特性。這說(shuō)明，英特爾是無(wú)法扭轉(zhuǎn)摩爾定律“日趨頹勢(shì)”的局面。英特爾CEO布萊恩 科茲安尼克(Brian Krzanich)表示，“公司的芯片更新周期接近兩年半，而不是兩年。”這與上述技術(shù)專家的推測(cè)不謀而合。
再不能搭便車
芯片開發(fā)速度的放緩將使業(yè)內(nèi)競(jìng)爭(zhēng)更加激烈，同時(shí)也能促進(jìn)行業(yè)創(chuàng)新。當(dāng)前的狀況是，GlobalFoundries、英特爾、三星和臺(tái)積電占據(jù)主導(dǎo)地位，而許多其他半導(dǎo)體制造商的設(shè)備不如前述四大企業(yè)先進(jìn)。
哈佛商學(xué)院教授大衛(wèi) 約菲表示，芯片開發(fā)速度放慢也許能使這些落后的制造商得以在不需要最高精尖技術(shù)的市場(chǎng)中展開競(jìng)爭(zhēng)。
即使晶體管尺寸縮小無(wú)法加快芯片速度或降低芯片價(jià)格，但仍可以降低功耗。
超低功耗的電腦芯片將在大約五年后出現(xiàn)，在某些情況下這類芯片甚至不再需要電池，因?yàn)樗鼈兛捎商?yáng)能、震動(dòng)、無(wú)線電波甚至汗水供電。其中許多芯片將成為復(fù)雜的新型傳感器，被無(wú)線集成到計(jì)算云的集中式計(jì)算系統(tǒng)中。
這些芯片將促成什么樣產(chǎn)品的誕生？我們尚不得而知。但產(chǎn)品設(shè)計(jì)師將被迫從全新角度思考如何打造新產(chǎn)品，而不是像過(guò)去那樣被動(dòng)等待芯片性能的提升。基于摩爾定律，計(jì)算機(jī)的尺寸變得越來(lái)越小，但基本上一直拘泥于原有的設(shè)計(jì)思路，創(chuàng)新乏力。
蘋果iPod之父托尼 法戴爾(TonyFadell)說(shuō)，“在過(guò)去，設(shè)計(jì)師們很懶。”
芯片發(fā)明人之一卡佛 米德(Carver Mead)指出，“基本上我們都在搭便車。”
事實(shí)上，至少未來(lái)10年內(nèi)，摩爾定律仍會(huì)應(yīng)驗(yàn)。若非如此，人類就得提升自己的創(chuàng)造力了。
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