摩尔定律走下神坛？

摩尔定律走下神坛？

IT产业第一定律--摩尔定律，以高大的“阴影”笼罩着半导体领域，如今它却正在消弭。
 
  
 
“摩尔定律”已经37岁了，甚至比英特尔的年龄还要大3岁，也“奔四”了。
    37年来，它所倡导的“更快、更小、更便宜”的理念，使得整个IT业活脱脱变成了另一个“奥林匹克”竞技场。英特尔也靠此成为行业中的霸主。但是，今天的“摩尔定律”正在成为英特尔“第一符咒”。不但制约了英特尔，而且也禁锢了整个半导体产业。
    现在，随着韩国半导体的雄起和中国半导体的崛起，全球半导体产业已经发生变化，其周期规律也将完全不同。依据旧有规律期盼的好日子，可能不会再如期而至了。
    所有的一切，都预示着“摩尔定律”正在缓步走下神坛。
摩尔定律失灵
    所谓“摩尔定律”，指的是处理器上晶体管的数量在18个月内就要翻一番，且晶体管的面积和成本也不断的成比例下降。它比英特尔更早出现，并主宰了处理器业。
    自从该定律诞生以来，全球的相关厂商似乎都情不自禁地按着“摩尔定律”的速度高歌猛进，包括IBM、AMD、TI以及很多并不知名的小公司，都在为其发展做出贡献。而作为英特尔公司创始人之一，高登·摩尔凭借这一定律获得日益高涨的声望，这也在某种程度上帮助英特尔成就了一代芯片产业霸主的地位。
    但是从2003年起，就有国内外多位专家对于“摩尔定律”的未来产生疑虑，纷纷从技术、利润以及对下游厂商的影响等方面进行分析，认为“摩尔定律”应该退出历史舞台，起码必须修订。
    对于摩尔定律的失灵，英特尔公司其实也早有发觉。据笔者了解，英特尔公司在最近提出的一份研究报告中表明，芯片制造商们今天经常提到的摩尔定律正在走向终结。
    英特尔公司研究者在这份报告中说，从理论上看，在芯片制造商缩小晶体管尺寸时将遇到极限。缩小晶体管尺寸是使芯片比上代产品更小、更强大和更便宜的主要方法之一。制造商将能够用16纳米制造工艺生产出芯片。据保守估计，该工艺将在2018年推出，此后还可能有一到两次制造工艺升级，但是事情就是这样了。这份报告的最新结论是，即便是尽其所能，半导体制造商在2021年后将无法在更大程度上缩小晶体管尺寸。
    缩小晶体管尺寸是摩尔定律的主要驱动手段之一，因而芯片制造商将开始不得不寻求新办法来让它们的芯片更强大和更便宜。否则，IT产业的增长步伐将开始放缓。
    英特尔公司成员、英特尔公司技术战略主管Gargini指出：这看上去是一种基本的限制。英特尔公司的报告名为“二进制逻辑转换的限制”，该报告由4位作者撰写，发表在IEEE（电气与电子工程学会）学报上。虽然研究者总结出的晶体管尺寸发展局限并不反常，然而这项研究的非常之处在于，这是英特尔公司研究者的报告，他们的研究凸显了芯片设计者目前所面临的困难。现在计算机所要求的尺寸、电力消耗与性能指标正在迫使半导体制造商彻底地重新思考应当如何设计产品，同时还提示需要更多的研究与开发储备。
    解决这些问题是整个产业的重大目标。根据摩尔定律，芯片制造商每2年就可以在同样体积芯片上将晶体管数量提高一倍，这种指数级增长模式可让电脑同步地更便宜和更强大。
英特尔扩展“摩尔定律”优势
    虽然摩尔定律正在缓慢走向终结，但英特尔并没有放弃扩展这一定律的优势。
    面对技术障碍，英特尔看起来信心十足。8月31日，英特尔宣布使用65纳米工艺，成功地制造出了包含有5亿多个晶体管，并具备全部功能的70M SRAM；利用开发紫光（EUV）光刻技术，英特尔正试图将芯片制造厂光刻最小线宽的极限从50纳米降低到15纳米，从而在未来的10～15年继续验证“摩尔定律”。
    减小芯片尺寸可以改善性能、降低成本和减少耗电量。由于电子在65纳米芯片中流动的距离短，因此可以提高性能。在65纳米芯片中，闸长度可以从50纳米缩短到35纳米。英特尔高级研究员、工艺结构和集成经理Mark Bohr称，在不做进一步改善的情况下，性能可以提高40%至50%。
    另外，在芯片中加入更多的晶体管，也可以提高性能。摩尔定律指出，随着生产工艺的进步，芯片中的晶体管数量每两年将增加一倍。虽然芯片厂商通常并不是自动地把晶体管的数量增加一倍，但是，他们还是在增加这个数量，以便在芯片中增加新的功能。
    Mark Bohr说，65纳米芯片将不包括3闸晶体管或者金属闸，或者高介电系数材料，也不采用IBM的绝缘硅技术。他说，我们没有看到使用绝缘硅技术会明显提高性能。他还表示，英特尔可能在未来10年里跟上摩尔定律的步伐。
    与之相应的是，刚刚退居二线的贝瑞特在2003年春季IDF上以制程角度出发，呼应英特尔共同创办人高登·摩尔在国际固态电路会议（ISSCC）中演讲时有关摩尔定律仍可适用10年的说法。贝瑞特表示，英特尔所投入的许多研发资源，就是要尽力延后摩尔定律物理极限来临的时间，保证未来10年的半导体产业仍持续以制程推进方式，提供较低成本的芯片产品。
    一年之后，这一说法仍完整保留下来。2004年10月10日，特意来京参加英特尔中国研究中心（ICRC）迁址仪式的英特尔高级副总裁兼CTO帕特·基辛格再次公开强调，英特尔将继续利用其新技术推进“摩尔定律”的前行，并保持每2年将芯片的处理能力翻一番。
    不过，让英特尔难堪的是，帕特·基辛格在中国的说辞，却在英特尔总部那头得不到呼应。同日的《华尔街日报》上，登载了英特尔宣布暂不发布4GHz奔腾芯片的消息。这则消息援引了英特尔发言人Chuck Mulloy的话，称公司作出此项决定的原因是为了将资源集中在其他目标上。
    巨额的研发费用加上人们被英特尔培养出的数字崇拜和技术崇拜，似乎令所有问题都不再成其为问题，但仍有科学家认为，“摩尔定律”将直接强迫半导体产业的整体毫无保留地提升，而在新的技术推动新的产品出现后，制造厂商必然减少对英特尔旧型号产品的订单数量，这将增加英特尔的库存负担，并使英特尔丧失高额利润期。英特尔现任总裁兼CEO保罗·欧德宁在接受媒体采访时也证实了这种揣测，“随着库存水平的继续增加，我们只好下调了业绩预期。”
市场逐渐背离摩尔定律
 现在，芯片产业面临着产品延期、利润萎缩、发热量大等问题，要保持继续发展的势头，它就必须解决

这些问题。
    通常情况下，在出现问题时企业都不会公开谴责自己的合作伙伴。但在今年7月14日公布第二季度业报时，苹果公司谴责IBM公司不能提供足够的芯片是其Power Mac G5供不应求的原因。苹果公司的财务总监奥本海默说，我们对这种情况极度不满。
    IBM公司并非惟一一家在芯片生产方面出了问题的厂商。为了解决设计问题，英特尔公司将其Prescott芯片的发布时间推迟延期。我国台湾省的台联电公司也遭遇了类似问题。
    事实上，这一问题是全行业性的，主要原因就是芯片厂商不断追求在芯片中集成更多的晶体管，提高芯片性能。尽管芯片厂商也清楚这一方法迟早会失灵，但这一天的到来比预期提前了。
    为了能够赶上摩尔定律的脚步，芯片产业必须在芯片设计、新材料和新工艺方面有重大突破。但是，当芯片厂商们在绞尽脑汁提高芯片性能和降低发热量的时候，也造成了设计和生产方面的问题。IBM公司的技术总监米尔森表示，我们正处于芯片产业的重大转变期间，传统的思想已经不再适用，我们必须依赖创新。
    现在，不仅市场中的竞争者以及上下游厂商不再盲目跟随摩尔定律提升主频，就连英特尔自己，也同样不声不响的背离了它所推崇的定律。例如迅驰产品，就已经不再以升级主频作为卖点，而是捆绑了无线通讯模块，将计算与通信技术相结合。
    互联网实验室董事长方兴东说，英特尔一直鼓吹“摩尔定律”最根本的目的就是为了让厂商紧跟其后不断更新换代他们的产品，以维持其产品的高额利润。但是，正如企业具有一定的生命周期特性，产业中在没有新的、根本性的创新出现之前，“摩尔定律”也许仍能维持。一旦有新的、划时代的产品或者技术出现，英特尔的摩尔定律就非常可能面临窘境，除非英特尔提前做好准备，才有可能延续“摩尔定律”的寿命。
    为解决这些问题，现在一些厂商正在进行芯片设计。例如，IBM公司已经开发了能够降低能耗和发热量的“硅绝缘”技术，它还首家推出了双内核芯片，使芯片在以较低的速度运行时能够提供较高的性能。英特尔公司也预计将在明年推出双内核芯片，它还采用了名为“张力硅”技术，提高芯片中电子的移动速度。英特尔公司还在转向一种全新的封装技术，在提高芯片速度的同时降低能耗。
    芯片厂商还在寻求各种“新奇”的解决方案，其中包括更多地应用纳米技术。工程技术人员幻想，在下一个10年内，我们将使用碳纳米管取代硅，降低芯片的发热量。科学家还进一步设想利用单个原子制造晶体管，极大地降低芯片的能耗。
    “摩尔定律作为产业创新的概括，寿命应该说已经基本结束，未来的技术创新应该是由量子以及生物芯片主导的科技。”方兴东说，“从486到奔腾，英特尔每次依靠摩尔定律推动的产品升级都能带动产业应用的升级，但目前决定PC销量的东西已经是在PC之外的因素。”
    “摩尔定律只是硅晶圆技术领域的一个发展规律”，英特尔中国市场部相关人士的态度相对平实，“不光英特尔，众多的芯片厂商都在按着这个规律走，这只是市场竞争的结果，并没有那么多的深层含义。”由此看来，“摩尔定律”正在逐渐褪去近40年来一直笼罩在其头上的“神圣”光环，缓步走下神坛。

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