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再撑5至10年，摩尔定律真的会失效吗？
来源：作者：Fison责编：弥尘
摩尔定律，对于接触IT世界的你们来说，无人不知，无人不晓。2015年，是摩尔定律公布的50周年大日子，英特尔在这个盛大的日子里举办了一系列的庆祝活动。而摩尔定律的发现者，戈登摩尔，最近就发声了，其实是在“自废”：。但坊间的声音却有不一样的说法，如挤牙膏的Intel毁了自家的摩尔定律，工艺难度让摩尔定律不断受到质疑。而此时的小编，有话要说……重温定义这一段话，是为不熟悉摩尔定律的朋友准备的，也为小编下面的论证做文字游戏的预备。摩尔定律，严格来说是一种现象。1965年，摩尔撰文预言半导体芯片上集成的晶体管和电阻数量将每年增加一倍。经过十年的观察，1975年摩尔将每年修正为48个月，同时业界将这个现象定义成摩尔定律。摩尔定律发布50周年本质上，摩尔定律是一门经济学的现象，物理学尤其是半导体工业是摩尔定律的基础，引领了经济学的竞争。事实上，摩尔定律虽然是Intel的内部“规章制度”，但50年了，Intel基本执行摩尔定律的每一个字眼，实在不容易，也体现出Intel强大得让人发指。摩尔定律50周年时间轴，看看有没有你使用过的CPU？今天，酷睿i5处理器的性能是英特尔第一代4004处理器的3500倍，能效高出9万倍，而成本只有1/60000。如果汽车工业也被摩尔定律支配，那么目前时速已达到30万英里，而成本只有4美分。IT产业为何能够走在时代的前端，就是因为摩尔定律的功劳。摩尔定律带来的科技进步体现我们生活每一个细节的变化摩尔定律的存在，让20世纪到21世纪的科技发展得到了极大的提速，更表现在我们的生活之中。电子商务、虚拟现实、网络社区、办公自动化、智能家庭……今天你身边一切的理所当然，在过去是无法理解想象的。定律已破？万物总有结束之时，尤其PC芯片工业最近几年的不平衡竞争下，摩尔定律失效的声音不绝于耳。当然了，这股声音的理由也很充分。挤牙膏的性能提升，让人们不禁质疑摩尔定律首先，当Intel的CPU进入了Core智能处理器的时代后，由于缺乏竞争，Intel的CPU的架构与性能提升采取了“挤牙膏”的办法。使得一个很明显的感受就是SNB二代酷睿处理器在今天的体验中与目前的Haswell Refresh四代处理器相差无几，大大降低了芯片性能发展的速度。当初用来维系摩尔定律的Tick Tock战略破产，标志着摩尔定律的失效？其次，Intel实际是想将摩尔定律延续下去，Tick-Tock策略就是初衷。架构变革与制程进化隔年交替进行，刚好符合摩尔定律2年的时间规律。但是自从4代Core处理器后，Intel的Tick-Tock策略就没有后续了，取而代之的Haswell Refresh名字，无疑就是抬石头砸自己脚，宣告摩尔定律失效。缺乏竞争，即使是上代CPU价格却一直很稳定，成为了人们质疑该定律的理由再次，大家都认为，性能挤牙膏算了，但价格却一直维持多年以来的习惯。i3的CPU稳定在600-800元，i5稳定在千元出头，i7稳定在二千元上下。说好的架构进步价格下降呢？Intel自身对历代CPU的晶体管数据三缄其口，让人不由得联想起摩尔定律最后，晶圆问题。熟悉CPU市场的你，突然问你一个历代i7 CPU晶体管有多少你知道吗？有否按照2年增加一倍？GPU有多少年停留在28nm工艺了？所以，很多人认为摩尔定律已破产，就是晶体管的原因，这点恰恰是摩尔定律的重点。摩尔有错？如果你关注科技新闻，那么你一定会加入关于摩尔定律的论战中，不过却因为各种媒体的报道而感到迷惑。甚至有媒体道出了摩尔定律的意思是“计算机的计算性能或芯片上的晶体管数量大约每过两年就会翻一番”，这完全是知识性错误。摩尔压根没提过性能这两个字，很多人因晶体管加倍而望文生义成性能翻倍了性能是大家最关心的一环，于是挤牙膏成为了抨击摩尔定律存在性的理据。殊不知，摩尔在提出这个现象时，却对“性能”只字未提。仅仅强调了晶体管与电阻隔两年增加一倍的说法，而普罗大众早已将架构先进性与性能的正比例关系烙上了大脑。同样表现在价格上，摩尔定律本身没有提到价格，但是人们总是用Intel的垄断级别价格来下结论。虽然性能一直挤牙膏，但是晶体管的工艺制程却一直按照摩尔定律进行但是晶体管数量增加幅度也一直符合摩尔定律一直以来CPU架构工艺的提升（仅指Intel CPU），却在摩尔定律下进行。从2009年的32nm SNB，到2011的22nm IVB，再到2014年14nm Broadwell，一切却按部就班。晶体管数量也是如此，从上图的时间轴与晶体管数量变化可以看到，晶体管数量都以一个翻倍的变化提升着。可能有人质疑挤牙膏的架构变化带来大体不变的晶体管数，但我们不能侠义地认为摩尔定律有且仅有等同于桌面CPU。有意思的是，人们攻击摩尔定律一直死抓性能上，却不在于工艺上。定律二字本身有不菲的份量，对于摩尔定律，定律单词加个引号更加合适当然了，作为定律，摩尔定律的确有它的不合理性，毕竟有些字眼如2年的限定是限死了，但是市场变化是动态的。为定律为什么叫做定律，就是因为它每一个字都有举足轻重的份量。如果有一对词、有一个字出现了知识性错误，那就不是定律是假命题，所以一般人会持这个观点。那么，为什么IT大佬们乃至摩尔本人，走普罗大众的对立面，还认为摩尔定律依然有效呢？Intel淡化了时间概念，晶体管进步带来的架构进化就等同摩尔定律作用那就涉及时间问题了。定律提到的2年间隔，并不像自然规律那样365天就是一个公转周期的定律，而是可以人为改变的。就像原本应该在2014年出现的桌面版Broadwell，到2015年的今天还在纸上谈兵，Haswell单个架构跨越了三年的存在，已经打破了摩尔定律的要求。由于缺乏竞争，不再以市场为导向的情况下，Intel可以任性地改变自己的计划。摩尔本身提到摩尔定律因为晶体管的工艺提升难度而只剩5到10年的时效那么为什么Intel自家依然强调摩尔定律呢？从个体角度上看，那就是Intel自身淡化了时间的概念。他们理解的摩尔定律，已经演变成只要半导体技术有提升的可能，摩尔定律就不会被废除。而摩尔本人所谈到的摩尔定律还有5到10年时效，那就是基于半导体工艺到达制程极限的7nm时间而预告的。小编愚见，叫摩尔规律更加合适所以，摩尔有错，但也没有错，就看你的标准了。不过，小编例外提一句，摩尔定律一直以来是一个约定俗成的名词，谈不上定律的严谨性。Moore's Law，其实翻译成“摩尔规律”更加合情合理，只不过大家都习惯在中文角度这样说了，没办法。破而后立无论怎样争论，有一个事实是大家都达成了共识，那就是摩尔定律已经呈现放缓的趋势。但是，这个观点已经不是第一次出现，早在0.13微米时代，人们已经质疑摩尔定律是否已经放缓。而事实却是，我们早已进入了纳米时代。虽然不断被质疑摩尔定律失效，但CPU却一直进步，摩尔定律依然有很强生命力所以，人类的科学技术是不断进步的。过去一切不可能，在今天却成为了习以为常。就如摩尔定律本身，一个诞生在50年前的观点，在50年后的今天在那么多争论下依然广泛接受？因为不在于它的字面含义，而是它的深层意义：给与人类无限进步的动力。就因为这一点，摩尔定律虽然是一条物理规律，但超越了物理学本身。当以往的不可能成为了可能，我们早已对新晶体管工艺习以为常摩尔定律的终结，就在于半导体技术的工艺极限。我们能够设计出多小的晶体管？我们不知道，但至少有一点我们很清楚的就是，目前的晶体管技术，还勃勃生机。2020年，7nm制程带给我们新认识；2020年后的我们，就可能会认为2015年的我们想法太落后了。半导体工业总有极限的那一天，理论极限就是物质的单位――原子当然，我们不能忘了提了很多年的光处理器、全息处理器、量子处理器……人类的智慧给了我们一个又一个的惊喜。在摩尔定律的支撑下，半导体的CPU总有极限的那一天（如隧道效应）。此时，摩尔定律，乃至CPU本身，就要破而后立，通过新的介质建立起新的CPU秩序了。总结我们不需要纠结一个规律的存在，只需要注意一个规律给我们生活带来的变化但恐怕没有任何人能够想到，摩尔定律在千变万化的IT世界能够持续整整半个世纪，犹如一只看不见的大手推动着半导体行业的飞速发展。通过无数人的艰辛努力，才有今天的智慧生活。我们不需要纠结摩尔定律会否有结束的一天，只希望科技的进步无休止。
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版权所有 鲁ICP备号预言不准了！摩尔定律瓶颈突破还有戏吗 - 今日头条()
芯片巨头英特尔公司日前在提交给美国证券交易委员会的文件中提到停止采用“Tick-Tock”处理器升级周期，转而更换为处理器研发周期三步战略，即制程工艺（PROCESS）-架构更新（ARCHITECTURE）-优化（OPTIMIZATION），这样一来，产品的升级及更新周期将大幅延长。摩尔定律瓶颈突破还有戏吗这一消息的公布引发了轩然大波，有些媒体将其视作摩尔定律（Moore's law）的终结，还有不少网友认为英特尔连牙膏也不愿意挤了，忽视消费者的利益只想坐着赚钱。这两种看法从客观和主观上认定了技术发展的放缓甚至是停滞，但事实往往不只是表象这么简单。在提出50年之后，摩尔定律仍然有着一众拥趸，也足以见得其影响之深远。英特尔将停止采用“Tick-Tock”处理器升级周期（图片源自urworld）不过虽然有部分媒体和消费者不看好，但是经过50多年考验的摩尔定律不一定就这样终结了。下面笔者就带您纵观CPU芯片的发展，来看看摩尔定律到底遇到了怎样的瓶颈，未来的发展真的像一些人所说的那样要没戏了吗？其实提到电子产品的性能发展，很多朋友都听说过摩尔定律。需要注意的是，虽然名为定律，但摩尔定律并不是一个真正的定论，而是人为预测的一个发展的趋势，具有一定的指导意义。英特尔创始人之一戈登·摩尔（图片源自IEEE）摩尔定律是由英特尔的创始人之一戈登·摩尔（Gordon Moore）在1965年4月的《电子》杂志（Electronics）提出的，其核心内容为：集成电路上可以容纳的晶体管数目在大约每经过24个月便会增加一倍。简单来说，就是说集成电路上的晶体管数量每过两年就会翻一番，也就是说，这一数字是呈指数级增长的，发展的速度会越来越快。年台式电脑处理器性能拟合摩尔定律（图片源自维基百科，注意纵坐标为指数增长，而非线性增长）自从1965年以来，摩尔定律一直吻合电脑处理器中晶体管的数目，从最早的1958年的集成电路中一个双极性晶体管、三个电阻和一个电容，到2011年的处理器中超过了26亿枚晶体管，处理器性能在飞速提高的同时保持了较低的能耗，价格也在贴近消费者的水平，为我们提供了越来越好的体验。摩尔定律体现在英特尔的处理器上，就是“Tick-Tock”的发展模式。“Tick-Tock”原意是时钟走过一秒钟发出的“滴答”声响，因此也称为“钟摆”理论。CPU技术高速发展（图片源自tweaktown）英特尔每隔两年对处理器架构进行一次升级，即“Tick年”实现制造工艺进步，而“Tock年”则实现架构的更新，从而实现每两年的一次发展，这也是摩尔定律的一个较为直观的展示。近期英特尔停止“Tick-Tock”发展模式被一些媒体解读为摩尔定律的终结，这一说法暂时还没有被多数人响应，但不能否认的是，CPU性能的发展确实遇到了瓶颈。此前的2015年年中，英特尔承认其10纳米制造工艺延期，无法按预期在当年年底前实现量产，因此不得不延长14纳米Skylake处理器架构生命周期。一直高速发展的处理器“突然”慢了下来，并不是网友认为的那样，“英特尔连牙膏都不愿意挤了”。CPU制造需要非常多的工序（图片源自tabloid）CPU的制造工艺，即在硅材料上生产CPU时元器件的连接线宽度在不断减小，经历了0.5微米、0.35微米、0.25微米、0.18微米、0.13微米、90纳米、65纳米、45纳米、32纳米、22纳米，到现在的14纳米，乃至以后的10纳米、7纳米，制造工艺在不断进步的同时也提供了更多的晶体管布局和更少的能耗。CPU的制造工艺在不断提高（图片源自ayay）进一步提升CPU制造工艺的难度在于，现有的材料和技术水平很难在更小的尺寸上布局元件，而且在更小的尺度下，一些器件就不能简单地以半导体元件的物理知识进行分析，还需要结合量子力学的理论，这样一来整个CPU的设计就会变得更为复杂。CPU制造工艺很难再大幅提高（图片源自opengameart）除此之外，考虑到原子的尺寸，一些器件或涂层的体积是无法缩小的，这样就进一步限制了处理器尺寸的减小，由于成本的限制也很难将非常精尖的技术应用到大规模量产中。这样看来好像摩尔定律正如一些媒体认为的那样要终结了，不过正如摩尔定律不是一个定论一样，硬件的发展也并不局限，仍然是有出路的。CPU制造发展走向何方（图片源自cadence）在2015年5月接受电气和电子工程师协会（IEEE，Institute of Electrical and Electronics Engineers）在摩尔定律50周年之际的采访时，戈登·摩尔运用了一个形象的比喻：“我无法预见下一个世代（芯片）的发展，在那儿我们仿佛遇上了一堵墙。而墙一直在后退（使我们有继续进步的空间）。我很惊讶工程师有如此的创造力，可以在难于突破的环境下找到新的出路。”应用在22纳米处理器上的Tri-gate技术（右图，图片源自英特尔）目前的CPU制造工艺还是主要注重于在平面上进步，而要突破摩尔定律的瓶颈可以依靠在深度（空间）层面上发展。借助3D布局，CPU的元件布局可以更加紧凑，元器件之间的连接也可以更为高效。另外，目前受限于氧化硅层的厚度最小为1纳米，以后的发展可能会需要其他材料，也就是将栅氧化层替换为其他材料，例如英特尔就将氧化铪（HfO2）作为栅氧化层材料，未来也有可能采用其他材料进行优化。CPU以外的空间也可以高效利用（图片源自chipworks）此外，优化设计也是可以提升CPU性能的一个方面，现有的CPU空间利用率非常高，但是周围的地方却没有如此密集的元器件，如果能将这些空间合理利用，也可以将整体性能再度提高，不过和前者不同，这种方式可以提升的性能有限。既然有这样的方法，为什么英特尔还是延长了处理器升级周期呢？有些是现有的技术不够成熟，无法应用在商业产品中；有些原材料限制使得制造成本过高，最终的产品零售价过高，不适合作为消费级产品；还有目前不适合量产的处理技术，需要发展完善之后才能让用户受益。处理器还会不断发展进步（图片源自vortez）从现在的形势来看CPU的发展放缓，但这并不影响技术的继续进步。遇到的瓶颈对大家来说都是一项挑战，相信我们也会坚韧不拔地努力下去，发展的脚步不止，也为我们带来更好的生活。当然，笔者的观点也存在一定的局限性，如果您有独到的见解，也欢迎和我们交流。
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