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，它所倡導(dǎo)的“更快、更小、更便宜”的理念，使得整個IT業(yè)活脫脫變成了另一個“奧林匹克”競技場。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，而且也禁錮了整個半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)。
    現(xiàn)在，隨著韓國半導(dǎo)體的雄起和中國半導(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，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，就有國內(nèi)外多位專家對于“摩爾定律”的未來產(chǎn)生疑慮，紛紛從技術(shù)、利潤以及對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，起碼必須修訂。
    對于摩爾定律的失靈，英特爾公司其實也早有發(fā)覺。據(jù)筆者了解，英特爾公司在最近提出的一份研究報告中表明，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告中說，從理論上看，在芯片制造商縮小晶體管尺寸時將遇到極限�？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，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，但是事情就是這樣了。這份報告的最新結(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)動手段之一，因而芯片制造商將開始不得不尋求新辦法來讓它們的芯片更強(qiáng)大和更便宜。否則，IT產(chǎn)業(yè)的增長步伐將開始放緩。
    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。英特爾公司的報告名為“二進(jìn)制邏輯轉(zhuǎn)換的限制”，該報告由4位作者撰寫，發(fā)表在IEEE（電氣與電子工程學(xué)會）學(xué)報上。雖然研究者總結(jié)出的晶體管尺寸發(fā)展局限并不反常，然而這項研究的非常之處在于，這是英特爾公司研究者的報告，他們的研究凸顯了芯片設(shè)計者目前所面臨的困難�，F(xiàn)在計算機(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)計產(chǎn)品，同時還提示需要更多的研究與開發(fā)儲備。
    解決這些問題是整個產(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)級增長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
    雖然摩爾定律正在緩慢走向終結(jié)，但英特爾并沒有放棄擴(kuò)展這一定律的優(yōu)勢。
    面對技術(shù)障礙，英特爾看起來信心十足。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5億多個晶體管，并具備全部功能的70M SRAM；利用開發(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，從而在未來的10～15年繼續(xù)驗證“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納米芯片中流動的距離短，因此可以提高性能。在65納米芯片中，閘長度可以從50納米縮短到35納米。英特爾高級研究員、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)量每兩年將增加一倍。雖然芯片廠商通常并不是自動地把晶體管的數(shù)量增加一倍，但是，他們還是在增加這個數(shù)量，以便在芯片中增加新的功能。
    Mark Bohr說，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，我們沒有看到使用絕緣硅技術(shù)會明顯提高性能。他還表示，英特爾可能在未來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·摩爾在國際固態(tài)電路會議（ISSCC）中演講時有關(guān)摩爾定律仍可適用10年的說法。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臨的時間，保證未來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，這一說法仍完整保留下來。2004年10月10日，特意來京參加英特爾中國研究中心（ICRC）遷址儀式的英特爾高級副總裁兼CTO帕特·基辛格再次公開強(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，讓英特爾難堪的是，帕特·基辛格在中國的說辭，卻在英特爾總部那頭得不到呼應(yīng)。同日的《華爾街日報》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，似乎令所有問題都不再成其為問題，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)的整體毫無保留地提升，而在新的技術(shù)推動新的產(chǎn)品出現(xiàn)后，制造廠商必然減少對英特爾舊型號產(chǎn)品的訂單數(shù)量，這將增加英特爾的庫存負(fù)擔(dān)，并使英特爾喪失高額利潤期。英特爾現(xiàn)任總裁兼CEO保羅·歐德寧在接受媒體采訪時也證實了這種揣測，“隨著庫存水平的繼續(xù)增加，我們只好下調(diào)了業(yè)績預(yù)期�！�
市場逐漸背離摩爾定律
 現(xiàn)在，芯片產(chǎn)業(yè)面臨著產(chǎn)品延期、利潤萎縮、發(fā)熱量大等問題，要保持繼續(xù)發(fā)展的勢頭，它就必須解決

這些問題。
    通常情況下，在出現(xiàn)問題時企業(yè)都不會公開譴責(zé)自己的合作伙伴。但在今年7月14日公布第二季度業(yè)報時，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。蘋果公司的財務(wù)總監(jiān)奧本海默說，我們對這種情況極度不滿。
    IBM公司并非惟一一家在芯片生產(chǎn)方面出了問題的廠商。為了解決設(shè)計問題，英特爾公司將其Prescott芯片的發(fā)布時間推遲延期。我國臺灣省的臺聯(lián)電公司也遭遇了類似問題。
    事實上，這一問題是全行業(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失靈，但這一天的到來比預(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、新材料和新工藝方面有重大突破。但是，當(dāng)芯片廠商們在絞盡腦汁提高芯片性能和降低發(fā)熱量的時候，也造成了設(shè)計和生產(chǎn)方面的問題。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，不僅市場中的競爭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)不再以升級主頻作為賣點，而是捆綁了無線通訊模塊，將計算與通信技術(shù)相結(jié)合。
    互聯(lián)網(wǎng)實驗室董事長方興東說，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。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。
    為解決這些問題，現(xiàn)在一些廠商正在進(jìn)行芯片設(shè)計。例如，IBM公司已經(jīng)開發(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)行時能夠提供較高的性能。英特爾公司也預(yù)計將在明年推出雙內(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)該說已經(jīng)基本結(jié)束，未來的技術(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，“從486到奔騰，英特爾每次依靠摩爾定律推動的產(chǎn)品升級都能帶動產(chǎn)業(yè)應(yīng)用的升級，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)域的一個發(fā)展規(guī)律”，英特爾中國市場部相關(guān)人士的態(tài)度相對平實，“不光英特爾，眾多的芯片廠商都在按著這個規(guī)律走，這只是市場競爭的結(jié)果，并沒有那么多的深層含義�！庇纱丝磥恚�“摩爾定律”正在逐漸褪去近40年來一直籠罩在其頭上的“神圣”光環(huán)，緩步走下神壇。

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