運行了半個世紀的摩爾定律,是否在幾十年中曾經被誤解,被神化?是否在現有的市場中已經被上網本這樣的事物顛覆?在互聯網的云計算時代,是否走向崩潰的邊緣?
英特爾每年都要為它發(fā)明的摩爾定律苦惱一陣子。英特爾苦于爭辯摩爾定律的壽命。它一會說,定律永遠有效;一會又說,還能撐上幾年。而最新的表態(tài),則出自英特爾全球董事長貝瑞特。
“在今后15年里,這一定律仍會發(fā)生作用。”幾日前,貝瑞特在北京的IDF上公開演講時說。
貝瑞特下月即將退休,他顯然不是在隨意發(fā)出預言??瓷先?,摩爾定律已陷入“卡桑德拉式”的厄運預言中了。
摩爾定律瀕臨破滅
貝瑞特的表態(tài)顯然十分委婉,聽上去覺得,定律還有很長的壽命。15年,對個人來說,畢竟不是一瞬。
但IBM研究員Carl Anderson就十分不客氣。上周,他直白地說,摩爾定律已到盡頭,即將失效。理由是,各行各業(yè)呈爆炸式成長的時代終將告一段落,先是鐵路,后是航空業(yè),如今輪到半導體產業(yè)了。
更為專業(yè)的技術人士,則將失效理由歸結為材料與技術的極限,而不在于工藝本身。
制作芯片現有材料是硅。它由50年前的美國人發(fā)明。之后美國仙童公司的諾伊斯(之后創(chuàng)立了英特爾)、德儀公司的基爾比發(fā)明了集成電路。1965年,摩爾開始宣揚其定律,一般的敘述如此這般:每過18個月,單位面積上的晶體管數量增長一倍,而價格不變。
1971年,英特爾首個微處理器僅集成2000多個晶體管,而2008年最新的45納米產品則集成高達2.05億個晶體管。
半導體產業(yè)研究專家莫大康對CBN記者表示,為了降低功耗與制造成本,深度集成仍是行業(yè)努力的方向,但這不可能永無止境。用作絕緣材料的二氧化硅,已逼近極限,如繼續(xù)縮小,將導致漏電、散熱等物理瓶頸,數量集成趨勢終有終結的一天。
紐約州立大學奧爾巴尼分校教授Alain Kaloyeros說,耗電增加、發(fā)熱難題日益加劇。他嘲笑說,現在芯片每個單元產生的熱量,超過了舊式的蒸汽熨斗,以后 “不希望用筆記本電腦去熨褲子”。
事實上,2008年,英特爾推出45納米工藝前,已備受質疑多年。不過,借助材料突破(替代二氧化硅),它渡過了難關,打通了進軍32納米、22納米的道路。
但這只是暫時的高興。新材料在22納米之后,也將遭受同樣的問題。事實上,2005年3月,貝瑞特在美國IDF演講中也已透露,傳統(tǒng)工藝“設想達到的極限”將是5納米,超越這個極限,將遭遇電流泄漏等難題。
這正是英特爾迄今為止給出的最高壽命極限。按目前演進趨勢,大約在2020年左右,摩爾定律將成為歷史。這與貝瑞特最新所說的15年完全吻合。
被誤解的和被神化的
摩爾定律被英特爾一直奉為圭臬,即便是貝瑞特談及定律生命已經有限,但其許多高管一直不愿承認。
非但如此,該公司還試圖將定律“私有化”,不斷加以懷念,沉淀。2005年春,該公司在全球懸賞 1萬美元,尋找一本40年前的老雜志。
雜志的名稱為《電子學》。那是美國上世紀60年代的刊物。1965年4月,36歲的摩爾在上面發(fā)了篇文章,名叫《往集成電路里塞進更多元器件》,對產品趨勢預言了一下。
這就是摩爾定律誕生的源頭了——盡管1960年斯坦福大學恩格爾伯特已發(fā)現類似規(guī)律,只是沒發(fā)表文章。
摩爾的預言當時沒產生多大反響。摩爾當年將這本雜志借給了朋友,再也沒能找回。那時英特爾自己還都沒成立,但成立37年后,它忽然想到,這似乎是公司的“寶貝“,于是懸賞尋物。
實際上,“摩爾定律”稱得上“定律”,完全是溢美之辭。因為,它不同于數學、物理等自然學科上具有嚴格意義的定理,而只是一種基于產品發(fā)展的預測,頂多可稱為“規(guī)律”。畢竟,單位面積到底該集成多少晶體管,沒人限制你。
而且,摩爾的預言,從誕生到成為言必稱的“定律”,其間充滿著誤解、神話的特征,還有點誤打誤撞。
事實上,摩爾本人從沒說過這句話:單位面積晶體管數量每18個月翻一番,價格不變。
CBN記者查詢到摩爾1965年的原文,它是一篇評論。原文如此表述:隨著單位成本下降,晶體管數量增加;1975年,業(yè)界將能看到,每個硅片可集成65000個晶體管。
原文對此加了一句解釋:最低成本下,晶體管復雜度大約每年增加一倍。但沒有說明,“復雜度”是否為“數量”。
而摩爾本人非但沒有稱它為“定律”,之后還對它做了多次修正。1975年,他在IEEE組織會議上作了題為《數字集成電路的發(fā)展》的演講,將上面的敘述改成:今后10年,新的斜率說明,大約每兩年增加1倍而不是每1年增加1倍;1997年9月,在接受《科學的美國人》采訪時,摩爾親口強調,他當年說的是,每兩年翻1番,而不是每年翻1番,并堅定地說,從來沒有說過“每18個月翻一番”。[!--empirenews.page--]
而英特爾高管口中常補充的后半句“價格不變”,摩爾當年也沒說過。他根據1965年至1970年的走勢倒做過預測,他說,1970年,每個芯片成本是當時的1/10。即使如此,計算下來,平均每年下降僅37%,并非“一半”。
中芯國際董事長王陽元對此揶揄了一下。他說,結合英特爾最初的處理器晶體管價格,如果嚴格按英特爾官方的完美表述來計算,“到2010年,1美元可以買1萬輛汽車”。
臺積電創(chuàng)始人、現任董事長張忠謀去年對CBN記者表示,半導體技術的創(chuàng)新正相對“變窄”,摩爾定律不是技術定律,而是“經濟效益理論”。
拯救或拋棄
摩爾定律已淡去神話色彩,人們開始焦躁地等待有人來延續(xù)它的生命,而更多人試圖開始創(chuàng)造新的生命。
“半導體制造已轉向新材料、原理創(chuàng)新的革命時代?!蹦罂祵BN記者說,尋求替代材料的努力,反而多集中于非半導體領域,因為半導體制造業(yè)所涉領域較廣。
看起來已經有了一些新材料與新技術。IBM研發(fā)部高級副總裁John Kelly說,已經擁有更多替代品。美國半導體行業(yè)協會總裁George Scalise前不久表示:“現在已處于挑選候選者的階段?!?/FONT>
一種新的替代技術名為“自旋電子”。它借助電子充電與旋轉來存儲信息,采用這一方法可減少耗電;另一種是采用納米技術,在兩個碳分子之間懸浮單個金屬原子,通過金屬原子左右運動控制電流開關。莫大康表示,目前“碳納米管”技術,即將一種特殊碳原子組合成管狀的技術,已經可以按不同配置,制造“邏輯門”了。
而另一技術大佬IBM則正借生物領域的研究向芯片延伸。DNA、蛋白質等具有自發(fā)性組織能力的物質或許扮演未來關鍵元器件革命的角色。
“英特爾的技術人員,很多也都是玩原子的?!庇⑻貭栔袊髤^(qū)楊敘對CBN記者形象地說。
而這還需要伴隨著生產設備的升級。莫大康表示,工藝越先進,制造成本越高,其中的設備研發(fā)成本也日益高昂。真正能承擔起幾十億美元甚至更高研發(fā)費用的,只有IBM、英特爾、三星、美國應材等有限的企業(yè),而產業(yè)分工又讓它們各自十分謹慎。
貝瑞特則寄希望于未來的奇跡。談及困局,他說:“每當我們感到山窮水盡之時,總會有聰明的工程師來解圍?!?/FONT>
但上述新技術都還停留在實驗階段。而從實驗室到大規(guī)模商用,在計算機領域,至少要花10年工夫,留給摩爾定律表演的時間不多了。但愿芯片業(yè)的人們,尤其是英特爾人不要陷入信仰危機。