編者按:
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。而的表態,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出預言。看上去,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,各行各業呈爆炸式成長的時代終將告一段落,先是鐵路,后是航空業,如今輪到半導體產業了。
更為專業的技術人士,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年前的美國人發明。之后美國仙童公司的諾伊斯(之后創立了英特爾)、德儀公司的基爾比發明了集成電路。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,英特爾微處理器僅集成2000多個晶體管,而2008年的45納米產品則集成高達2.05億個晶體管。
半導體產業研究專家莫大康對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。
紐約州立大學奧爾巴尼分校教授Alain Kaloyeros說,耗電增加、發熱難題日益加劇。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。這與貝瑞特所說的15年完全吻合。
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它的生命,而更多人試圖開始創造新的生命。 “半導體制造已轉向新材料、原理創新的革命時代。”莫大康對CBN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研發部副總裁John Kelly說,已經擁有更多替代品。美國半導體行業協會總裁George Scalise前不久表示:“現在已處于挑選候選者的階段。” 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。”英特爾中國大區楊敘對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,其中的設備研發成本也日益高昂。真正能承擔起幾十億美元甚至更高研發費用的,只有IBM、英特爾、三星、美國應材等有限的企業,而產業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。” 但上述新技術都還停留在實驗階段。而從實驗室到大規模商用,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。但愿芯片業的人們,尤其是英特爾人不要陷入信仰危機。 摩爾定律的光環似乎正在逐漸褪去,靠處理器領域首先提出多核化戰略的AMD和目前風靡全球的上網本似乎就是的例證。 多核就是將多個處理器連接在一起,而不是使晶體管數量翻番,這似乎背離了摩爾定律給世人指明的方向;至于上網本就更簡單明了地顛覆摩爾定律了,它的紅火告訴這些實驗室里的技術人員,人們根本就不需要那么復雜的市場和高端的數據,它讓人們對處理器的需求回到了賽揚的水平。 多核化的顛覆 作為一種產品發展的預測,摩爾定律完美順應了PC時代。從款處理器4004誕生起,英特爾以及對手AMD,幾乎都以超越摩爾定律的速度飛奔,全球IT產業則瘋狂追隨。 這是一個技術驅動應用的時代。英特爾廉價地捕獲了眾多PC廠家的青春,無論國外的IBM、蘋果、戴爾、惠普,還是中國的聯想,并且帶動了全球軟件產業以及龐大的代工企業群。摩爾定律的每次更新,都被它們視為一場商業狂歡。 但這個張揚速度的年代已過去。摩爾定律代表的速度激情,在互聯網帶來的PC應用面前,開始失去光環。業內分析人士一度認為,對一般消費者來說,過高的計算能力,等于技術冗余。 這給了“英特爾們”一個臺階下。2004年前,它們遭遇材料創新難題,單位面積晶體管集成過多,耗電與散熱難以化解。貝瑞特當年為奔4新一代處理器延遲而下跪,正是定律受困的反映。 于是,“英特爾們”開始走向雙核、多核,它們將兩個或兩個以上的處理器連接起來,封裝一起。而不像以往將所有晶體管集成在一個硅片上。表面看是技術手段,實際是商業策略:這可以無限延長定律的壽命。 本土封裝巨頭通富微電董事長石明達曾對CBN解釋過背后原因。他說,摩爾定律正遭遇材料、體積、散熱等瓶頸,設計、生產很難實現,即使實現成本也很高,而封裝技術可將多核封在一起,等于創新摩爾定律。 這對消費者來說,并不重要。他們要的是性能提升、滿足需求。但“英特爾們”的宣傳卻掩飾了定律日益步入困境的事實,當然它們借此實現了出貨量的提升。 上網本淡化處理器價值 摩爾定律遭遇的還有需求變革的壓力。 互聯網的普及,創新了應用一端。這一領域的“梅特卡夫定律”,即應用與價值成長成正比,與摩爾定律融合后,顛覆了PC業擴張模式。1998年至2004年,全球PC銷量幾乎幾何級增長。 但互聯網時代的摩爾定律,顯得落落寡合。因為,互聯網創造的關聯市場遠比PC更有誘惑。移動互聯網、數字電視等新興應用,將人們的注意力由PC性能轉向個性化消費與體驗,處理器的價值被大大淡化了。 上周,宏碁董事長王振堂在北京發布其上網本新品時透露,英特爾處理器對該產品的能耗貢獻,僅為20%。 而無線通信的普及,以及它與互聯網的融合,更讓英特爾感受到壓力。 創始人葛魯夫早已覺察到變革對摩爾定律的市場沖擊。在其《只有偏執狂才能生存》一書中,他說,如果基于網絡的軟件,兼容任何處理器,公司將面臨“四面八方的競爭”;而他更是提及“云計算”模式,聲稱對公司業務“大為不利”。 英特爾顯然早有準備,“迅馳”是它淡化摩爾定律壓力、貼近網絡應用的變革。而為了適應通信時代,此前它一直借助ARM架構,兜售自家的手機處理器。 但網絡與通信產業鏈,比相對自由的PC產業鏈要復雜得多。面對壁壘森嚴的市場格局,英特爾初期沒有建立起核心競爭力。比如手機處理器虧損多年后,出售了事。 但它顯然不甘心只做觀望者。它正在不斷試探網絡與通信業務的深水。目前的手段則是“凌動”,這一技術低端、有些反“摩爾定律”演進趨勢的產品,初期表面停留在小尺寸筆記本市場,但卻是英特爾重返通信領域的“跳板”。 事實上,對手AMD反襯出英特爾淡化摩爾定律壓力的動作。2005年后,AMD在多核化技術上超越了英特爾。收購ATI之后,同樣嘗試在移動互聯網、通信領域有所作為。
“上網本+多核化”顛覆摩爾定律