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“Moore’s Law： Alive and Well（摩爾定律活得很好）。”日前，英特爾CEO帕特·基辛格再次公開表示。
但前不久，英偉達CEO黃仁勛還在向外界傳遞摩爾定律已“死”的觀點。黃仁勛說道：“今天一個12英寸晶圓的價格不是貴了一點，而是貴了超級多。摩爾定律死了，它結束了，結束得很徹底。芯片價格會隨時間降低的故事已經是過去時了。計算已經不再是個芯片問題，是軟件和芯片共同的問題。”
英特爾與英偉達之間關于摩爾定律的“生死”之爭，再度將該定律的“生命年限”問題推至風口浪尖上。多位半導體業(yè)內人士對《中國經營報》表示，黃仁勛與基辛格可能都沒有對，也都沒有錯，他們爭的并非字面上的摩爾定律，而是未來半導體行業(yè)模式。
“守正出奇”
摩爾定律不是一條物理定律，而是戈登·摩爾早期通過觀察發(fā)現的行業(yè)發(fā)展規(guī)律。
1965年，時任仙童半導體公司研究開發(fā)實驗室主任的戈登·摩爾為《電子學》雜志寫了一篇觀察評論報告，在報告中摩爾提到，工程師可以不斷縮小晶體管的體積，芯片中的晶體管和電阻器的數量每18個月左右會翻番，半導體的性能與容量將以指數級增長，并且這種增長趨勢將繼續(xù)延續(xù)下去。他的這種預測，被稱為“摩爾定律”。1975年，摩爾修正摩爾定律，提出每隔24個月晶體管的數量將翻番。
2015年，摩爾定律歡慶50周年，摩爾本人在接受IEEE期刊Spectrum專訪中透露，當年他在發(fā)表摩爾定律的文章時，只是想分享趨勢觀察，沒想到該理論后來變成半導體產業(yè)發(fā)展的定律。
在最初的40年里，晶體管數量的增長得益于制程工藝的創(chuàng)新，與摩爾定律一直保持著“默契”。 以CPU為例 ，從早年的180納米到后來的130納米再到90、65、45、32、28 納米。在摩爾定律的指導下，英特爾1971年對外公布了世界第一個微處理器4004，宣告了“一個集成電子新紀元已經來臨”。1974年，又推出了微處理器8080。“8080”被當時業(yè)內人士稱贊為有史以來最成功的微處理器之一，也正是從8080開始，個人電腦開始在全世界范圍內流行起來。
許多人，包括摩爾本人在內都沒有意料到摩爾定律生命力竟如此持久。摩爾曾坦言，摩爾定律不會一成不變地永遠繼續(xù)下去，大約還有10～15年就會發(fā)生變化。“任何以指數增加的物理量都預示著災難。要知道，這時就接近某種極限了。你總不能超越某種重要的極限。”
獨立國際策略研究員陳佳對記者表示，當時，電腦處理器性能與時間存在線性關系；又因當時全球處理器市場被寡頭壟斷，導致其價格與時間也存在線性關系。在摩爾定律提出來的五十年間，全球半導體行業(yè)從未跳出來這個線性關系。
技術進步和成本下降
雖然在過去數十年，摩爾定律一直在影響著半導體產業(yè)的發(fā)展，但也伴隨著爭議，“摩爾定律已死”的說法近十年的時間里從未間斷過。
摩爾定律指的是尺寸在逐年變小的同時，芯片上集成的晶體管數量越來越多，性能也越來越強，在這個過程中，一直遵循著摩爾定律推進。如果將其置入到實際消費市場中，就體現為大概每隔兩年，新發(fā)布的手機或者電腦等電子產品，性能會遠比前代的產品高出不少。
然而進入21世紀后，單純依靠縮小尺寸的做法正走向窮途末路。不過，摩爾定律總能抓住一些“救命稻草”。在90納米時代，應變硅技術問世。在45納米時代，一種能提高晶體管電容的新材料推出。在22納米時代，三柵極晶體管使芯片性能變得更強大。
但值得注意的是，摩爾定律還被附加了經濟色彩。除了性能之外，成本/價格的同時下降也被視作參考標準。按照摩爾定律，芯片被要求在18~24個月的時間里，“既讓性能翻一倍，又讓價格降一倍”。
根據AMD在IEDM會議上的資料，若將生產250平方毫米的45納米芯片的生產成本基準定為1，14/16納米芯片的成本將達到2，而生產7納米 芯片的成本更將翻倍達到4。
這也是關于摩爾定律的唱衰言論層出不窮的主要原因。中芯國際創(chuàng)始人張汝京在2014年接受媒體采訪時表示，摩爾定律極限是14納米，但是隨著相關廠商在封裝技術與材料方面的優(yōu)勢，該極限可擴充至7納米。
半導體風云人物、臺積電創(chuàng)始人張忠謀于2014年也曾公開表示，摩爾定律正在茍延殘喘，預計還有5～6年壽命。而在2017年時，他認為摩爾定律現在更多反映經濟學定理，即單位晶體管的價格會每兩年減少一半，但在2025年就很難達到。
2014年國際半導體技術路線圖組織宣布，下一份路線圖將不再依照摩爾定律。張忠謀、黃仁勛等挑戰(zhàn)者更是認定摩爾定律不過是茍延殘喘。
而在此前9月21日的2022 GTC線上大會上，黃仁勛表示：“展望未來，基于摩爾定律的價格曲線已經走到了盡頭，繼續(xù)利用這種趨勢的機會已經結束，” 黃仁勛表示，“所以，如果你想以一種劃算的方法進行大規(guī)模計算，經過我們15年、差不多20年來對加速計算的不懈追求，寬泛而言，加速計算是真正的前進方向。”
IPG中國首席經濟學家柏文喜對記者表示，業(yè)內認為摩爾定律已“死”的原因是技術進步和成本下降都呈邊際遞減趨勢，認為邊際遞減效應阻礙了摩爾定律的發(fā)展。
“摩爾定律提出的前三十年，新工藝制程的研發(fā)并不困難，但隨著特征尺寸越來越接近宏觀物理和量子物理的邊界，現在高級工藝制程的研發(fā)越來越困難，研發(fā)成本也越來越高。”方融科技高級工程師、科技部國家科技專家周迪對記者分析道，摩爾定律發(fā)展到特征尺寸5納米的時候，繼續(xù)簡單粗暴地縮小特征尺寸會變得很困難。隨著特征尺寸縮小，芯片的成本上升很快。這也部分地打破了摩爾定律 “投資發(fā)展制程——芯片生產成本降低——用部分利潤繼續(xù)投資發(fā)展制程”的邏輯。
疊加效應
與認為摩爾定律“已死”的人一樣，認為摩爾定律還“活著”的人也大有人在。其中英特爾CEO基辛格不止一次地在公開場合重申，摩爾定律在半導體產業(yè)依然奏效。
北京時間9月28日凌晨，Intel Innovation 2022開幕活動上，基辛格再次強調：“摩爾定律活得很好。摩爾定律——至少在未來的十年里依然有效。英特爾將一往無前，挖掘元素周期表中的無限可能，持續(xù)釋放硅的神奇力量。”
柏文喜認為：“基辛格認為摩爾定律依然有效，是有依據的，因為技術進步與成本下降并非一直呈線性發(fā)展的，而是存在迭代、變軌與疊加的效應，他認為還能存在十年也是有道理的。”
而在陳佳看來，“現在全球芯片產業(yè)制程工藝已大幅放緩。無論是移動端還是PC端芯片都沒辦法做到每隔兩年縮短一半制程。這似乎意味著站在全球半導體行業(yè)角度，摩爾定律已經失效了，但有意思的是——全球半導體行業(yè)依然尊重并利用摩爾定律來定義新的制程工藝，哪怕根本沒有達到規(guī)定時間減半的能力。舉個例子，當前半導體行業(yè)最先進制程工藝是3納米，但實際上不僅三星與臺積電的真實制程差異極大，也都遠遠沒有達到物理意義上的3納米，這是行規(guī)，大家不點破罷了。”
上海社會科學院經濟學博士王瀅波則認為，事實上，十幾年前就有觀點認為摩爾定律已經達到極限，然而技術發(fā)展則在不斷打破極限，臺積電的先進制程已經逼近1納米，斷言摩爾定律終結為時尚早。技術發(fā)展沒有極限，即使物理上受限，仍然可以通過并行計算等其他方式實現計算能力的持續(xù)增長。從計算能力上而言，摩爾定律可能沒有極限，永遠不會終結，這個世界對于算力的需求是無窮無盡的。
周迪補充道：“晶體管盲目發(fā)展更小的尺寸這條路的確是不會永遠持續(xù)下去的，但這并不意味著建設更復雜、功能更強大的電子系統(tǒng)的時代即將結束。世界一定還需要更多智慧器件，數字革命只是剛剛開始，既然沒有其他的科技能夠取代半導體來做數字功能和智慧器件的基礎，那么半導體產業(yè)就有長達百年的遠景。深度摩爾、超越摩爾、新器件是目前產業(yè)的三個大方向。器件優(yōu)化重心漸漸地從性能轉移到了功耗。系統(tǒng)性能提升不再單純地依賴晶體管特征尺寸縮小，而是更多地靠電路設計以及系統(tǒng)算法優(yōu)化。人們正在一刻不停地挑戰(zhàn)并推進極限。而且必然總會有一個突破口。”
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