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在如今的科技界,摩尔定律不管用了吗?

John Markoff2016-05-06 20:28:53

人们很难夸大摩尔定律对于整个世界的重要性。虽然摩尔定律听上去很有条理,但实际上,它并不是像牛顿运动定律这样的科学规律。

本文只能在《好奇心日报》发布,即使我们允许了也不许转载*

旧金山电 — 数十年以来,计算机行业始终信奉着一大指导原则:工程师们总能找到办法让电脑芯片上的电子元件体积更小、运行速度更快、价格更便宜。

在摩尔定律的引领下,各大科技公司从生产大型电脑主机的 1960 年代一直走到了智能机风靡的今天。然而现在,一个全球芯片制造商联盟却做出了一项和摩尔定律背道而驰的决定。这表明,计算机行业可能需要重新考量硅谷创新精神的核心原则了。

如今,芯片科学家几乎就快能够处理像原子那么小的材料了。等用接下来五年左右的时间达成这一目标后,他们可能就要触碰到半导体能够达到的最小体积极限。之后,芯片科学家们可能得寻找其他可以代替硅的电脑芯片生产原料或者新的设计思路,才能让电脑变得更加强大。

人们很难夸大摩尔定律对于整个世界的重要性。虽然摩尔定律听上去很有条理,但实际上,它并不是像牛顿运动定律这样的科学规律——它只不过是描述了一种让电脑价格成倍降低的生产制造过程变化的速度。

1965 年,英特尔联合创始人戈登·摩尔(Gordon Moore)最早观察发现,单枚硅片表面能够刻印的电子元件数量每隔一段固定的时间就会翻一倍。而且在可以预见的未来,这一情况还会继续延续下去。

图片版权:Paul Sakuma / 美联社

摩尔观察到这一现象的时候,电子元件最密集的存储芯片还只能容纳约 1000 比特的信息。换言之:1980 年代,世界上最强大的超级计算机 Cray 2 的体积相当于一台工业用洗衣机,如果放在今天,这台设备造价将会超过 1500 万美元;与之形成鲜明对比的是,2011 年上市的 iPad 2 仅 400 美元,可以轻松放在膝头使用,但它却拥有比 Cray2 更强的计算能力

请注意,和更新的 iPad 设备相比,那款 iPad 2 运行速度已经算是慢的了。

如果没有过去非凡的进步,就不会有如今的计算机行业,Google、亚马逊等公司运营的云计算数据中心造价也将会贵得不可思议;你将无法使用智能机下载使用应用软件,利用应用软件打车回家、叫外卖;破译人类基因组、教会机器倾听等科学突破也不会出现。

美国、欧洲、日本、韩国以及台湾半导体行业协会(Semiconductor Industry Associations of the United States, Europe, Japan, South Korea and Taiwan)将会根据一个叫做国际半导体技术发展蓝图(International Technology Roadmap for Semiconductors)的芯片科技预测系统给出的信息制作最后一份报告。(此后他们将不再利用这一预测系统制作报告。)这说明他们认为,预测计算技术需求未来的最佳方式已经到了需要做出改变的时候。

英特尔、IBM、三星……几乎每一个大型芯片制造商都属于这一组织。不过英特尔表示,公司并未参与最后一份报告的制作。

周三,一家名为电子和电气工程师学会(Institute of Electrical and Electronics Engineers)的专业组织宣布,学会将会打造一个名为国际设备和系统发展蓝图(International Roadmap for Devices and Systems)的全新预测系统,以代替过去近 25 年来半导体行业使用的预测系统,在更大范围内追踪计算机技术的信息。

其中一种计算机技术就是所谓的量子计算技术(quantum computing)——一种利用量子物理学(解释物质和能量如何互动的物理学分支)重新设想电脑工作方式的前沿技术。石墨烯则是另外一种计算机技术,它是一种由碳原子组成的物质,能够代替硅,生产出体积更小、运行速度更快、耗能更少的晶体管。

“摩尔定律的失效导致了这一情况,”托马斯·M·康特(Thomas M. Conte)表示,“如今,单单依靠半导体行业这一个行业的力量已经不够了。我们必须转变思路,打破一些围墙,突破一些障碍。”康特是美国乔治亚理工学院(Georgia Institute of Technology)的一位计算机科学家,也是电子和电气工程师学会的联合主席。学会试图建立一系列新的标准,取代原本半导体预测报告所采用的标准。

多年以来,预测摩尔定律失效一直都是硅谷人士私下讨论的话题。不过,并非每一家业内公司都认为它们目前为止呈现出来的东西如今即将走向终结。世界最大的芯片制造商英特尔就是其中一家对此持有反对意见的知名公司。英特尔预言称,公司有方法、也知道该如何进一步开发原子级别的半导体。

对于目前人们的种种担心忧虑,英特尔首席执行官布莱恩·科兹安尼克(Brian Krzanich)表现出了一种轻描淡写的态度。上个月,他在公司发表的一项声明中写道:“我已经不下四次看到过摩尔定律即将灭亡这样的论调出现了。”

不过,英特尔现今也有自己头疼的问题。不仅公司的个人计算机销售业务长期下滑,而且也未能像智能手机制造商出售足够多的芯片。上个月,英特尔宣布,公司计划裁掉 12000 位员工(约占目前员工的 11%),并为此支付 12 亿美元的遣散费。

早在 2005 年计算机行业就注意到,摩尔定律正在逐渐失效。研究人员开始担心起了计算机处理器运行温度不断上升的问题,担心计算机处理器的输出的热量很快就会像太阳表面一样烫。

但当时,计算机行业选择了降低对速度更快的处理器的担忧,转而将任务分配给多个不同的处理器完成,从而解决了这一问题。事实上,计算机行业找到了一个分担工作负荷的方法,解决了计算机处理器过热的问题。

如今,芯片制造商们从他们长久以来设法应对的这一任务中抽身离开,就他们的业务提出了更加广泛的问题——只有英特尔是个例外,这家硅谷公司巨头表示,公司不再会为预测程序提供官方的协助。

旧金山 Real World Technologies 的半导体行业分析师大卫·坎特(David Kanter)说:“当你看着英特尔说,个人计算机行业正逐渐放缓增长脚步、移动计算技术发展已经显示出放缓的初步迹象时,人们正开始探寻安放半导体的新地方。”

除了不断迫近的晶体管物理极限以外,其他一些阻碍芯片发展的障碍如今也开始逐渐露出端倪。比如说,现在大多数半导体行业从业人士都坚决认为,计算机芯片每个晶体管的成本已经不再下降了。而成本的下降正是导致新的计算机技术飞速发展的原因之一。

许多计算机行业高管和分析师对英特尔维持摩尔定律继续生效的能力表示了怀疑。他们指出,如果英特尔能够继续降低成本,那么它就应该能够对智能机移动计算技术产生更大的影响。然而在近来公司业务及人员的精简行动中,英特尔舍弃了其 Atom 微处理器业务。此前,它也没能成功地把这款微处理器卖给智能手机制造商。

康特在一封电子邮件中写道:“如果你所有的公司业务都和摩尔定律有关,而摩尔定律正在逐渐失效,那么你会如何应对这一情况?”

摩尔定律是如何推动创新的

我们很难夸大摩尔定律对整个世界的重要性。1965 年,英特尔联合创始人戈登·摩尔预言,一枚芯片上可以容纳的晶体管数量每隔一段固定的时间就会翻一倍,致使计算能力飞速上升。摩尔定律认为,电脑芯片未来能够处理更多的任务,拥有更低的成本。在这一定律背后隐含前提的帮助下,硅谷给世界带来了惊人的进步,个人计算机、智能机、利用互相连接的计算机为互联网提供动力的巨大网络逐一出现。

  • 1965 年

戈登·摩尔在《Electronics》杂志上的一篇文章中,提出了他关于电子元件排布密度的著名观察论断。

  • 1971 年

英特尔推出首款微处理器 4004,引领世界进入消费者科技时代。

  • 1977 年

在能力稳步增强的微处理器的帮助下,苹果推出早期最成功的个人计算机之一 Apple II。

  • 1989 年

英特尔推出用于超级计算领域和科学领域的 i860 处理器。这是第一款容纳了超过 100 万晶体管的微处理器。

  • 1993 年

英特尔宣布打造 Pentium 处理器,该处理器容纳的晶体管数量是公司此前处理器的三倍。

  • 2005 年 7 月

微处理器停止发展的脚步,芯片面临着一大威胁:其运转温度很有可能会变得和太阳表面温度一样高。

  • 2007 年

单枚微芯片上可以容纳的晶体管数量超过了十亿,苹果推出第一款 iPhone,将手机变成一种掌上电脑。

  • 2015 年

英特尔延后了将业务转向以下一代十纳米级制造工艺为基础打造的微处理器的时间,暗示摩尔定律已经失效。

翻译 熊猫译社 钱功毅

题图来自 www.wired.co.uk

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