“摩爾定律能走多遠—無線寬帶的實現和英特爾的創新之旅”
什么是摩爾定律呢?大約在1965年,在普爾頓.摩爾博士創建英特爾公司之前發現了這樣一個規律,集成電路晶體管每隔18個月到24個月就會翻一番,這就是摩爾定律。摩爾定律和其他自然界的定律不一樣,并不是能自動執行的,摩爾定律需要經過不懈努力才能夠得以實現。
摩爾定律是,每兩年晶體管的密度翻一番,晶體管的大小尺寸每兩年就縮小為原來的70%。換句話說,如果上一代晶體管為0.5微米,兩年以后就是0.5微米乘以0.7,變成0.35微米。進入今天英特爾晶體管大小的距離可以做到45納米,下一代就是45乘以0.7,變成32納米。
每一個納米有多小呢?大家可以看到,一個頭發絲的寬帶相當于9萬納米,一個細菌的大小相當于2千納米,病毒的大小只有20納米,而我們英特爾現在做的晶體管是45納米,也就是說,只有兩個病毒大小。
摩爾定律的實現使我們能以極低的價格獲得極高性能的產品,在1971年,英特爾代微處理器中,就包含有2300個晶體管,到07年,每個晶體管的價格僅相當于1968年每個晶體管價格的百萬分之一。換句話說,如果汽車價格以同等速度下降,到今天為止,一部新車的價格僅一美分。摩爾定律的實現徹底改變了IT界、通訊界、半導體工業整體的現狀,比如通訊領域中很多中國企業崛起,變成了通訊主設備廠商中的企業,這里面的間接原因是和摩爾定律相關的,由于摩爾定律的實現,使得定價差異化極大縮小,過去做一個交換機的初始成本和門檻非常高,今天做一個交換機,硬件的差異化是非常小的,門檻也非常低,這就是為什么很多中國企業在通訊制造業上變為全球企業的原因之一。
是不是也可以這樣講,在今天的汽車工業中,如果還沒有一個世界的汽車工業,是不是可以歸結為汽車工業里還沒有出現一個類似摩爾定律這樣的定律呢?
人們一直在問,我們真的需要這么多計算和通訊能力嗎?這個問題由來已久,我們認為,人們對通訊能力的需求是遠遠沒有得到滿足的,過去我們將一部大型機變成PC機、手機和嵌入式設備,人們發現兩種趨勢同時存在,一種是一個機器有多種多樣的服務,比如一臺筆記本可以做很多事情;一臺手機可以同時是照相機、手機和MP3……這是多功能的;同時我們也發現很多專業型的機器,比如iPod專門用來聽MP3,這兩種趨勢的發展刺激了對于終端設備的需求,轉過來刺激了人們對摩爾定律的需求,希望有更多處理量大但又非常便宜、體積非常小的設備出現。
剛才我講了,一個MP3格式歌曲的文件大小只是3M,相當于2400個0+1,而一部高清電影的文件大小超過了1G,相當于80億0+1,從這個取向可以看到。全球人均擁有晶體管的數量到2004年變為了5000億,而且到今天為止我們還沒有發現人們對此的需求和滿足達到飽和。
人們可能要問,是不是在每一個時刻、每一個設備中都需要那么高的計算量?實際上并不一定,但在英特爾不斷實現摩爾定律的過程中,當我們把晶體管做得非常小時,不僅可以極大提高計算量,而且它的功耗會降低,這是非常重要的。2005年65納米晶體管到2007年45納米的晶體管,晶體管的密度提高了2倍,切換速度提高了20%以上,切換功率反而降低了30%,漏電功率降低了5倍以上,整個柵極的漏電功率降低了10倍以上,因為我們不斷遵循摩爾定律,不斷向前推進創新,今天的處理器不僅處理能力大大提高了,而且功耗相比以前也有成十百倍的降低,這大大刺激了人們對高處理能力、低耗能產品的需求。
摩爾定律給人們生活帶來了很大的改變,它到底能走多遠?這個問題提出很長一段時間了。當我們的晶體管做到120納米時,人們說90納米就是極限了,到90納米時就不能這樣做了。再往下走,我們突破了90納米,大家說,45納米是極限了,今天我們又突破了45納米走向32納米……人們一再問,摩爾定律能走多遠?因為不可能無限制分下去,做到很小的級別,就到原子級了,你不可再比原子級更小,摩爾定律能走多遠?
從這張圖來看,當晶體管尺寸縮小,傳統技術就臨近極限了,原級和漏級(音)的漏電就變成了一個很大的挑戰,由于漏電,0和1的區分變得模糊了,要解決這個問題,就必須更有效地在珊體方面控制,這要求山級變得非常薄,這就出現了一個問題,山級漏電會增加。今天我們講,原級和漏級可以做到45甚至32納米,實際上珊級會更薄,現在山級的尺寸薄到只有50個硅原子那么厚,正負差級只有50硅原子。
從60納米做到45納米我們發現了一個很大的改變,英特爾在材料上有了重大的突破,高K珊技術突破傳統,由于有了這個重大的突破,我們可以把摩爾定律從65納米執行到45納米甚至更進一步,并且繼續向前走,技術的創新使我們可以沿著摩爾定律繼續向前走,至少50年。
在2001年時是135納米,2003年90納米、2005年65納米、2007年45納米,在45納米時,因為引進了革命性變化,2009年我們會把它繼續到32納米。