为什么摩尔定律一直没死 但人们还会继续预测它要死

摘要：本文剖析了为什么摩尔定律会一直发展, 但人们还会继续错误地预测摩尔定律要死的本质原因。

1/ 关于摩尔定律的话题，我在 2016年， 在我的微信公众号里写了六篇连载文章， 标题叫做 ”摩尔定律还能走多远?"

2/ 那么最后的结论是摩尔定律是个经济规律， 是一个技术发展，市场扩大，单价降低，利润再回馈到研发的良性循环。

3/ 但是仔细观察，会发现存在这样一个问题，就是很多业界的大拿，不断预测摩尔定律要死掉，但是摩尔定律从 1965年四月被首次提出来以后，已经五十五年了，一直没死。

4/ 著名芯片设计专家 Jim Keller 在最近和 Lex Fridman 的一个访谈中， 是这么讲的: "我被告知， 摩尔定律在十到十五年内要死掉。我开始以为这是真的，但是十年以后，人们还是说它在十到十五年内要死掉。然后有一段时间(人们说)它在五年内要死掉，然后又回到十年。后来有一天，我决定，不再担心这个事情了”。

5/ "然后我加入 Intel, 所有的人都说摩尔定律要死了，我当时想，这好悲哀，(英特尔)就是摩尔定律的公司。但是(摩尔定律)没死，它总是即将要死。你知道，人性总是喜欢那种世界毁灭之类的言论，我们会没吃的了，会没空气了，会没有生存空间了，等等"

6/ 先把摩尔定律给回顾一下，传统定义是单位面积的晶体管数目每两年翻一番。但实际上它底下有好多不同的技术参数和维度。摩尔定律，2020年和 1980年相比:

单个晶体管的成本: 从 0.1 美分跌到 一亿分之一美分，一千万倍的变化。

单位面积的晶体管数目: 从每平方毫米一千个，变成每平方毫米一亿个，十万倍的增长。

单个芯片上的晶体管数目: 十万，变成三百亿，三十万倍的增长。

fab 的成本: 一百万到一百亿美元，一万倍的增长。

时钟速度：五百万赫兹到五十亿赫兹，一千倍的增长。

这些数据来自 2019年九月 Jim Keller 在加州大学伯克利分校做的一个公开演讲。

7/ 如果按照单位面积的晶体管数目来算，四十年涨十万倍，大约每两年平均增长 78%， 接近翻番。从芯片设计者的角度看，基本上就是同样数目的晶体管，每两年面积减少到以前的大约 60%。 如果按照单个晶体管成本来算，四十年一千万倍的变化，就是每两年价格变成原来的 45%， 或者说同样的钱两年后可以买 2.24倍的晶体管，这个速度比晶体管密度的增长还稍微要快一点。

8/ 按照 Keller 的解释， 人们以为摩尔定律就是一件事，晶体管变小，但表面之下有几千个不同的创新，每一个单一的技术创新路径，都有自己的指数增长然后回报递减的曲线， 这个英文叫做 s-curve. 可以看一下这张图。

9/ 如果你是那一个单一技术创新路径的专家，过去几年指点江山，非常爽，觉得自己有上帝视角，你可以看得很清楚，同时你也知道，你这个技术路线，还有五到十年就走到尽头了。而替代你的技术路径的创新，有很多潜在的不同方向的选择，很多路径和现有技术路径不是一个范畴，现在的专家不懂很正常。但是这些替代的技术路径，暂时还在萌芽状态，还处于不成熟，相对简陋的状态。现在的专家无法提前看清楚， 所以， 他很自然地就会对周围人，对媒体说， ”摩尔定律还有几年就完了“。但是我们作为旁观者，如果把这个当下的专家的判断，当作金科玉律，并以此指导投资，就必然出问题。

10/ 比如说，想象一个芯片设计专家，以前一直是做单核处理器的，single core CPU. 很长时间摩尔定律的增长，是靠提高处理器的时钟速度， 从七十年代初的 一个 mega hertz 涨到 2000年的 一个 giga hertz， 涨了一千倍。到1995年的时候，他看得很清楚，处理器时钟速度上升的空间不多了，再过六七年，超过了三个 gigahertz， 要把时钟速度提高，存在可能芯片过热，甚至面临被烧毁的危险，没法更快了。然后他会很自然地说，摩尔定律再过五到十年就死了，时钟速度无法提高了。但他只是一根筋地去想时钟速度无法提高，如果别人跟他说，我们可以用多核处理器，我们可以增加缓存在芯片上的比例，高度并行的GPU 会用于神经网络计算， 2012年十月人工智能图像识别里面有大的突破，2016年 gpu 支持的人工智能机器可以打败围棋世界冠军，这些东西，要给一个 1995年的芯片设计者讲，是鸡同鸭讲，他无法理解，也无法想象的。他就只会像祥林嫂一样地重复，时钟速度无法提高，摩尔定律要死了。

11/ 再举一个例子，晶体管小型化的过程中，漏电的问题越来越大，原来栅极低下用的是二氧化硅的材料，当晶体管的栅极长度如果缩减到 45 纳米， 会有严重漏电现象，没法在缩小了。 后来在 2007年，英特尔采用了所谓 hi-dieelectric metal gate 高K金属栅极晶体管的技术， 解决了漏电的问题。但是缩小到 25纳米的时候，又会有个短沟道效应的漏电问题，2011年又采用 FinFET 技术解决了这个漏电问题。七纳米以下，现在替代 FinFET 的新的架构叫做Gate-all-around FET (GAAFET)。

12/ 一个硅原子的直径大约是 0.2 纳米， 七纳米，大约相当于三十多个硅原子， 所以我们小型化到两三个原子的尺度，还有十年左右。如果现有物理尺度小型化到了极限，潜在的替代技术路径还有 ：自旋电子学 (Spintronics)的自旋态，基于量子隧道效应的隧道结，等等。就不一定非在物理小型化上面做文章，但仍然实现等价的计算能力的提高。到时候怎么做，走一步看一步就好了。

13/ 事后看这个技术演变，里面有个很大的误区，就是”事后诸葛亮，事前猪一样“。因为上面提到的不管是 高K金属栅极晶体管的技术, 还是 finfet, 还是 gaafet, 还有现在最新的极紫外光刻技术 euv, 不管是多核处理器，gpu, 还有现在很多创业公司在做的专属人工智能芯片，等等都是若干个技术互相竞争，很多其它技术路径的研发都失败了，只有这几个东西冒头了， 成了最佳选择。在他们成功之前，我们以为摩尔定律已经到了穷途末路，即使对未来有希望，也并不确定下面的出路在哪一个方向，在当时看，未来存在极大的不确定性。但后人看这段历史，以为他们是自然而然设计安排好的，要注定要在某个时间出现的， 这种历史观是不符合实际， 极为谬误的。

14/ 那会有悲观者来质疑，你怎么可以保证新的技术就比现在的技术更好，更快?

（编辑：辽源站长网）

【声明】本站内容均来自网络，其相关言论仅代表作者个人观点，不代表本站立场。若无意侵犯到您的权利，请及时与联系站长删除相关内容!