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摩爾定律走下神壇？
IT產(chǎn)業(yè)第一定律--摩爾定律，以高大的“陰影”籠罩著半導(dǎo)體領(lǐng)域，如今它卻正在消弭。“摩爾定律”已經(jīng)37歲了，甚至比英特爾的年齡還要大3歲，也“奔四”了。
37年來(lái)，它所倡導(dǎo)的“更快、更小、更便宜”的理念，使得整個(gè)IT業(yè)活脫脫變成了另一個(gè)“奧林匹克”競(jìng)技場(chǎng)。英特爾也靠此成為行業(yè)中的霸主。但是，今天的“摩爾定律”正在成為英特爾“第一符咒”。不但制約了英特爾，而且也禁錮了整個(gè)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)。
現(xiàn)在，隨著韓國(guó)半導(dǎo)體的雄起和中國(guó)半導(dǎo)體的崛起，全球半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)已經(jīng)發(fā)生變化，其周期規(guī)律也將完全不同。依據(jù)舊有規(guī)律期盼的好日子，可能不會(huì)再如期而至了。
所有的一切，都預(yù)示著“摩爾定律”正在緩步走下神壇。
摩爾定律失靈
所謂“摩爾定律”，指的是處理器上晶體管的數(shù)量在18個(gè)月內(nèi)就要翻一番，且晶體管的面積和成本也不斷的成比例下降。它比英特爾更早出現(xiàn)，并主宰了處理器業(yè)。
自從該定律誕生以來(lái)，全球的相關(guān)廠商似乎都情不自禁地按著“摩爾定律”的速度高歌猛進(jìn)，包括IBM、AMD、TI以及很多并不知名的小公司，都在為其發(fā)展做出貢獻(xiàn)。而作為英特爾公司創(chuàng)始人之一，高登·摩爾憑借這一定律獲得日益高漲的聲望，這也在某種程度上幫助英特爾成就了一代芯片產(chǎn)業(yè)霸主的地位。
但是從2003年起，就有國(guó)內(nèi)外多位專家對(duì)于“摩爾定律”的未來(lái)產(chǎn)生疑慮，紛紛從技術(shù)、利潤(rùn)以及對(duì)下游廠商的影響等方面進(jìn)行分析，認(rèn)為“摩爾定律”應(yīng)該退出歷史舞臺(tái)，起碼必須修訂。
對(duì)于摩爾定律的失靈，英特爾公司其實(shí)也早有發(fā)覺(jué)。據(jù)筆者了解，英特爾公司在最近提出的一份研究報(bào)告中表明，芯片制造商們今天經(jīng)常提到的摩爾定律正在走向終結(jié)。
英特爾公司研究者在這份報(bào)告中說(shuō)，從理論上看，在芯片制造商縮小晶體管尺寸時(shí)將遇到極限�？s小晶體管尺寸是使芯片比上代產(chǎn)品更小、更強(qiáng)大和更便宜的主要方法之一。制造商將能夠用16納米制造工藝生產(chǎn)出芯片。據(jù)保守估計(jì)，該工藝將在2018年推出，此后還可能有一到兩次制造工藝升級(jí)，但是事情就是這樣了。這份報(bào)告的最新結(jié)論是，即便是盡其所能，半導(dǎo)體制造商在2021年后將無(wú)法在更大程度上縮小晶體管尺寸。
縮小晶體管尺寸是摩爾定律的主要驅(qū)動(dòng)手段之一，因而芯片制造商將開(kāi)始不得不尋求新辦法來(lái)讓它們的芯片更強(qiáng)大和更便宜。否則，IT產(chǎn)業(yè)的增長(zhǎng)步伐將開(kāi)始放緩。
英特爾公司成員、英特爾公司技術(shù)戰(zhàn)略主管Gargini指出：這看上去是一種基本的限制。英特爾公司的報(bào)告名為“二進(jìn)制邏輯轉(zhuǎn)換的限制”，該報(bào)告由4位作者撰寫(xiě)，發(fā)表在IEEE（電氣與電子工程學(xué)會(huì)）學(xué)報(bào)上。雖然研究者總結(jié)出的晶體管尺寸發(fā)展局限并不反常，然而這項(xiàng)研究的非常之處在于，這是英特爾公司研究者的報(bào)告，他們的研究凸顯了芯片設(shè)計(jì)者目前所面臨的困難�，F(xiàn)在計(jì)算機(jī)所要求的尺寸、電力消耗與性能指標(biāo)正在迫使半導(dǎo)體制造商徹底地重新思考應(yīng)當(dāng)如何設(shè)計(jì)產(chǎn)品，同時(shí)還提示需要更多的研究與開(kāi)發(fā)儲(chǔ)備。
解決這些問(wèn)題是整個(gè)產(chǎn)業(yè)的重大目標(biāo)。根據(jù)摩爾定律，芯片制造商每2年就可以在同樣體積芯片上將晶體管數(shù)量提高一倍，這種指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)模式可讓電腦同步地更便宜和更強(qiáng)大。
英特爾擴(kuò)展“摩爾定律”優(yōu)勢(shì)
雖然摩爾定律正在緩慢走向終結(jié)，但英特爾并沒(méi)有放棄擴(kuò)展這一定律的優(yōu)勢(shì)。
面對(duì)技術(shù)障礙，英特爾看起來(lái)信心十足。8月31日，英特爾宣布使用65納米工藝，成功地制造出了包含有5億多個(gè)晶體管，并具備全部功能的70M SRAM；利用開(kāi)發(fā)紫光（EUV）光刻技術(shù)，英特爾正試圖將芯片制造廠光刻最小線寬的極限從50納米降低到15納米，從而在未來(lái)的10～15年繼續(xù)驗(yàn)證“摩爾定律”。
減小芯片尺寸可以改善性能、降低成本和減少耗電量。由于電子在65納米芯片中流動(dòng)的距離短，因此可以提高性能。在65納米芯片中，閘長(zhǎng)度可以從50納米縮短到35納米。英特爾高級(jí)研究員、工藝結(jié)構(gòu)和集成經(jīng)理Mark Bohr稱，在不做進(jìn)一步改善的情況下，性能可以提高40%至50%。
另外，在芯片中加入更多的晶體管，也可以提高性能。摩爾定律指出，隨著生產(chǎn)工藝的進(jìn)步，芯片中的晶體管數(shù)量每?jī)赡陮⒃黾右槐�。雖然芯片廠商通常并不是自動(dòng)地把晶體管的數(shù)量增加一倍，但是，他們還是在增加這個(gè)數(shù)量，以便在芯片中增加新的功能。
Mark Bohr說(shuō)，65納米芯片將不包括3閘晶體管或者金屬閘，或者高介電系數(shù)材料，也不采用IBM的絕緣硅技術(shù)。他說(shuō)，我們沒(méi)有看到使用絕緣硅技術(shù)會(huì)明顯提高性能。他還表示，英特爾可能在未來(lái)10年里跟上摩爾定律的步伐。
與之相應(yīng)的是，剛剛退居二線的貝瑞特在2003年春季IDF上以制程角度出發(fā)，呼應(yīng)英特爾共同創(chuàng)辦人高登·摩爾在國(guó)際固態(tài)電路會(huì)議（ISSCC）中演講時(shí)有關(guān)摩爾定律仍可適用10年的說(shuō)法。貝瑞特表示，英特爾所投入的許多研發(fā)資源，就是要盡力延后摩爾定律物理極限來(lái)臨的時(shí)間，保證未來(lái)10年的半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)仍持續(xù)以制程推進(jìn)方式，提供較低成本的芯片產(chǎn)品。
一年之后，這一說(shuō)法仍完整保留下來(lái)。2004年10月10日，特意來(lái)京參加英特爾中國(guó)研究中心（ICRC）遷址儀式的英特爾高級(jí)副總裁兼CTO帕特·基辛格再次公開(kāi)強(qiáng)調(diào)，英特爾將繼續(xù)利用其新技術(shù)推進(jìn)“摩爾定律”的前行，并保持每2年將芯片的處理能力翻一番。
不過(guò)，讓英特爾難堪的是，帕特·基辛格在中國(guó)的說(shuō)辭，卻在英特爾總部那頭得不到呼應(yīng)。同日的《華爾街日?qǐng)?bào)》上，登載了英特爾宣布暫不發(fā)布4GHz奔騰芯片的消息。這則消息援引了英特爾發(fā)言人Chuck Mulloy的話，稱公司作出此項(xiàng)決定的原因是為了將資源集中在其他目標(biāo)上。
巨額的研發(fā)費(fèi)用加上人們被英特爾培養(yǎng)出的數(shù)字崇拜和技術(shù)崇拜，似乎令所有問(wèn)題都不再成其為問(wèn)題，但仍有科學(xué)家認(rèn)為，“摩爾定律”將直接強(qiáng)迫半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的整體毫無(wú)保留地提升，而在新的技術(shù)推動(dòng)新的產(chǎn)品出現(xiàn)后，制造廠商必然減少對(duì)英特爾舊型號(hào)產(chǎn)品的訂單數(shù)量，這將增加英特爾的庫(kù)存負(fù)擔(dān)，并使英特爾喪失高額利潤(rùn)期。英特爾現(xiàn)任總裁兼CEO保羅·歐德寧在接受媒體采訪時(shí)也證實(shí)了這種揣測(cè)，“隨著庫(kù)存水平的繼續(xù)增加，我們只好下調(diào)了業(yè)績(jī)預(yù)期�！�
市場(chǎng)逐漸背離摩爾定律
現(xiàn)在，芯片產(chǎn)業(yè)面臨著產(chǎn)品延期、利潤(rùn)萎縮、發(fā)熱量大等問(wèn)題，要保持繼續(xù)發(fā)展的勢(shì)頭，它就必須解決
這些問(wèn)題。
通常情況下，在出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)企業(yè)都不會(huì)公開(kāi)譴責(zé)自己的合作伙伴。但在今年7月14日公布第二季度業(yè)報(bào)時(shí)，蘋果公司譴責(zé)IBM公司不能提供足夠的芯片是其Power Mac G5供不應(yīng)求的原因。蘋果公司的財(cái)務(wù)總監(jiān)奧本海默說(shuō)，我們對(duì)這種情況極度不滿。
IBM公司并非惟一一家在芯片生產(chǎn)方面出了問(wèn)題的廠商。為了解決設(shè)計(jì)問(wèn)題，英特爾公司將其Prescott芯片的發(fā)布時(shí)間推遲延期。我國(guó)臺(tái)灣省的臺(tái)聯(lián)電公司也遭遇了類似問(wèn)題。
事實(shí)上，這一問(wèn)題是全行業(yè)性的，主要原因就是芯片廠商不斷追求在芯片中集成更多的晶體管，提高芯片性能。盡管芯片廠商也清楚這一方法遲早會(huì)失靈，但這一天的到來(lái)比預(yù)期提前了。
為了能夠趕上摩爾定律的腳步，芯片產(chǎn)業(yè)必須在芯片設(shè)計(jì)、新材料和新工藝方面有重大突破。但是，當(dāng)芯片廠商們?cè)诮g盡腦汁提高芯片性能和降低發(fā)熱量的時(shí)候，也造成了設(shè)計(jì)和生產(chǎn)方面的問(wèn)題。IBM公司的技術(shù)總監(jiān)米爾森表示，我們正處于芯片產(chǎn)業(yè)的重大轉(zhuǎn)變期間，傳統(tǒng)的思想已經(jīng)不再適用，我們必須依賴創(chuàng)新。
現(xiàn)在，不僅市場(chǎng)中的競(jìng)爭(zhēng)者以及上下游廠商不再盲目跟隨摩爾定律提升主頻，就連英特爾自己，也同樣不聲不響的背離了它所推崇的定律。例如迅馳產(chǎn)品，就已經(jīng)不再以升級(jí)主頻作為賣點(diǎn)，而是捆綁了無(wú)線通訊模塊，將計(jì)算與通信技術(shù)相結(jié)合。
互聯(lián)網(wǎng)實(shí)驗(yàn)室董事長(zhǎng)方興東說(shuō)，英特爾一直鼓吹“摩爾定律”最根本的目的就是為了讓廠商緊跟其后不斷更新?lián)Q代他們的產(chǎn)品，以維持其產(chǎn)品的高額利潤(rùn)。但是，正如企業(yè)具有一定的生命周期特性，產(chǎn)業(yè)中在沒(méi)有新的、根本性的創(chuàng)新出現(xiàn)之前，“摩爾定律”也許仍能維持。一旦有新的、劃時(shí)代的產(chǎn)品或者技術(shù)出現(xiàn)，英特爾的摩爾定律就非�？赡苊媾R窘境，除非英特爾提前做好準(zhǔn)備，才有可能延續(xù)“摩爾定律”的壽命。
為解決這些問(wèn)題，現(xiàn)在一些廠商正在進(jìn)行芯片設(shè)計(jì)。例如，IBM公司已經(jīng)開(kāi)發(fā)了能夠降低能耗和發(fā)熱量的“硅絕緣”技術(shù)，它還首家推出了雙內(nèi)核芯片，使芯片在以較低的速度運(yùn)行時(shí)能夠提供較高的性能。英特爾公司也預(yù)計(jì)將在明年推出雙內(nèi)核芯片，它還采用了名為“張力硅”技術(shù)，提高芯片中電子的移動(dòng)速度。英特爾公司還在轉(zhuǎn)向一種全新的封裝技術(shù)，在提高芯片速度的同時(shí)降低能耗。
芯片廠商還在尋求各種“新奇”的解決方案，其中包括更多地應(yīng)用納米技術(shù)。工程技術(shù)人員幻想，在下一個(gè)10年內(nèi)，我們將使用碳納米管取代硅，降低芯片的發(fā)熱量�？茖W(xué)家還進(jìn)一步設(shè)想利用單個(gè)原子制造晶體管，極大地降低芯片的能耗。
“摩爾定律作為產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新的概括，壽命應(yīng)該說(shuō)已經(jīng)基本結(jié)束，未來(lái)的技術(shù)創(chuàng)新應(yīng)該是由量子以及生物芯片主導(dǎo)的科技。”方興東說(shuō)，“從486到奔騰，英特爾每次依靠摩爾定律推動(dòng)的產(chǎn)品升級(jí)都能帶動(dòng)產(chǎn)業(yè)應(yīng)用的升級(jí)，但目前決定PC銷量的東西已經(jīng)是在PC之外的因素�！�
“摩爾定律只是硅晶圓技術(shù)領(lǐng)域的一個(gè)發(fā)展規(guī)律”，英特爾中國(guó)市場(chǎng)部相關(guān)人士的態(tài)度相對(duì)平實(shí)，“不光英特爾，眾多的芯片廠商都在按著這個(gè)規(guī)律走，這只是市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的結(jié)果，并沒(méi)有那么多的深層含義。”由此看來(lái)，“摩爾定律”正在逐漸褪去近40年來(lái)一直籠罩在其頭上的“神圣”光環(huán)，緩步走下神壇。
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