摩爾定律氣數(shù)將盡？

　　編者按：

　　運(yùn)行了半個(gè)世紀(jì)的摩爾定律，是否在幾十年中曾經(jīng)被誤解，被神化？是否在現(xiàn)有的市場中已經(jīng)被上網(wǎng)本這樣的事物顛覆？在互聯(lián)網(wǎng)的云計(jì)算時(shí)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(huì)說，定律永遠(yuǎn)有效；一會(huì)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(huì)發(fā)生作用。”幾日前，貝瑞特在北京的IDF上公開演講時(shí)說。

　　貝瑞特下月即將退休，他顯然不是在隨意發(fā)出預(yù)言。看上去，摩爾定律已陷入“卡桑德拉式”的厄運(yùn)預(yù)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(gè)人來說，畢竟不是一瞬。

　　但I(xiàn)BM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(shí)代終將告一段落，先是鐵路，后是航空業(yè)，如今輪到半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)了。

　　更為專業(yè)的技術(shù)人士，則將失效理由歸結(jié)為材料與技術(shù)的極限，而不在于工藝本身。

　　制作芯片現(xiàn)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(yáng)其定律，一般的敘述如此這般：每過18個(gè)月，單位面積上的晶體管數(shù)量增長一倍，而價(jià)格不變。

　　1971年，英特爾首個(gè)微處理器僅集成2000多個(gè)晶體管，而2008年最新的45納米產(chǎn)品則集成高達(dá)2.05億個(gè)晶體管。

　　半導(dǎo)體產(chǎn)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(dǎo)致漏電、散熱等物理瓶頸，數(shù)量集成趨勢終有終結(jié)的一天。

　　紐約州立大學(xué)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(xiàn)在芯片每個(gè)單元產(chǎn)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(shí)上，2008年，英特爾推出45納米工藝前，已備受質(zhì)疑多年。不過，借助材料突破(替代二氧化硅)，它渡過了難關(guān)，打通了進(jìn)軍32納米、22納米的道路。

　　但這只是暫時(shí)的高興。新材料在22納米之后，也將遭受同樣的問題。事實(shí)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(shè)想達(dá)到的極限”將是5納米，超越這個(gè)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(jìn)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(jīng)有限，但其許多高管一直不愿承認(rèn)。

　　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(xué)》。那是美國上世紀(jì)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(jìn)更多元器件》，對產(chǎn)品趨勢預(yù)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(xué)恩格爾伯特已發(fā)現(xiàn)類似規(guī)律，只是沒發(fā)表文章。

　　摩爾的預(yù)言當(dāng)時(shí)沒產(chǎn)生多大反響。摩爾當(dāng)年將這本雜志借給了朋友，再也沒能找回。那時(shí)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(shí)際上，“摩爾定律”稱得上“定律”，完全是溢美之辭。因?yàn)椋煌跀?shù)學(xué)、物理等自然學(xué)科上具有嚴(yán)格意義的定理，而只是一種基于產(chǎn)品發(fā)展的預(yù)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(yù)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(diǎn)誤打誤撞。

　　事實(shí)上，摩爾本人從沒說過這句話：單位面積晶體管數(shù)量每18個(gè)月翻一番，價(jià)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(shù)量增加；1975年，業(yè)界將能看到，每個(gè)硅片可集成65000個(gè)晶體管。

　　原文對此加了一句解釋：最低成本下，晶體管復(fù)雜度大約每年增加一倍。但沒有說明，“復(fù)雜度”是否為“數(shù)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(huì)議上作了題為《數(shù)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(xué)的美國人》采訪時(shí)，摩爾親口強(qiáng)調(diào)，他當(dāng)年說的是，每兩年翻1番，而不是每年翻1番，并堅(jiān)定地說，從來沒有說過“每18個(gè)月翻一番”。

　　而英特爾高管口中常補(bǔ)充的后半句“價(jià)格不變”，摩爾當(dāng)年也沒說過。他根據(jù)1965年至1970年的走勢倒做過預(yù)測，他說，1970年，每個(gè)芯片成本是當(dāng)時(shí)的1/10。即使如此，計(jì)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(jié)合英特爾最初的處理器晶體管價(jià)格，如果嚴(yán)格按英特爾官方的完美表述來計(jì)算，“到2010年，1美元可以買1萬輛汽車”。

　　臺(tái)積電創(chuàng)始人、現(xiàn)任董事長張忠謀去年對CBN記者表示，半導(dǎo)體技術(shù)的創(chuàng)新正相對“變窄”，摩爾定律不是技術(shù)定律，而是“經(jīng)濟(jì)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(dǎo)體制造已轉(zhuǎn)向新材料、原理創(chuàng)新的革命時(shí)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(dǎo)體領(lǐng)域，因?yàn)榘雽?dǎo)體制造業(yè)所涉領(lǐng)域較廣。

　　看起來已經(jīng)有了一些新材料與新技術(shù)。IBM研發(fā)部高級副總裁John Kelly說，已經(jīng)擁有更多替代品。美國半導(dǎo)體行業(yè)協(xié)會(huì)總裁George Scalise前不久表示：“現(xiàn)在已處于挑選候選者的階段?！?

　　一種新的替代技術(shù)名為“自旋電子”。它借助電子充電與旋轉(zhuǎn)來存儲(chǔ)信息，采用這一方法可減少耗電；另一種是采用納米技術(shù)，在兩個(gè)碳分子之間懸浮單個(gè)金屬原子，通過金屬原子左右運(yùn)動(dòng)控制電流開關(guān)。莫大康表示，目前“碳納米管”技術(shù)，即將一種特殊碳原子組合成管狀的技術(shù)，已經(jīng)可以按不同配置，制造“邏輯門”了。

　　而另一技術(shù)大佬IBM則正借生物領(lǐng)域的研究向芯片延伸。DNA、蛋白質(zhì)等具有自發(fā)性組織能力的物質(zhì)或許扮演未來關(guān)鍵元器件革命的角色。

　　“英特爾的技術(shù)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(chǎn)設(shè)備的升級。莫大康表示，工藝越先進(jìn)，制造成本越高，其中的設(shè)備研發(fā)成本也日益高昂。真正能承擔(dān)起幾十億美元甚至更高研發(fā)費(fèi)用的，只有IBM、英特爾、三星、美國應(yīng)材等有限的企業(yè)，而產(chǎn)業(yè)分工又讓它們各自十分謹(jǐn)慎。

　　貝瑞特則寄希望于未來的奇跡。談及困局，他說：“每當(dāng)我們感到山窮水盡之時(shí)，總會(huì)有聰明的工程師來解圍?！?/p>

　　但上述新技術(shù)都還停留在實(shí)驗(yàn)階段。而從實(shí)驗(yàn)室到大規(guī)模商用，在計(jì)算機(jī)領(lǐng)域，至少要花10年工夫，留給摩爾定律表演的時(shí)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(jī)。

   “上網(wǎng)本+多核化”顛覆摩爾定律

　　摩爾定律的光環(huán)似乎正在逐漸褪去，靠處理器領(lǐng)域首先提出多核化戰(zhàn)略的AMD和目前風(fēng)靡全球的上網(wǎng)本似乎就是最好的例證。

　　多核就是將多個(gè)處理器連接在一起，而不是使晶體管數(shù)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(wǎng)本就更簡單明了地顛覆摩爾定律了，它的紅火告訴這些實(shí)驗(yàn)室里的技術(shù)人員，人們根本就不需要那么復(fù)雜的市場和高端的數(shù)據(jù)，它讓人們對處理器的需求回到了賽揚(yáng)的水平。

　　多核化的顛覆

　　作為一種產(chǎn)品發(fā)展的預(yù)測，摩爾定律完美順應(yīng)了PC時(shí)代。從第一款處理器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(chǎn)業(yè)則瘋狂追隨。

　　這是一個(gè)技術(shù)驅(qū)動(dòng)應(yīng)用的時(shí)代。英特爾廉價(jià)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(lián)想，并且?guī)?dòng)了全球軟件產(chǎn)業(yè)以及龐大的代工企業(yè)群。摩爾定律的每次更新，都被它們視為一場商業(yè)狂歡。

　　但這個(gè)張揚(yáng)速度的年代已過去。摩爾定律代表的速度激情，在互聯(lián)網(wǎng)帶來的PC應(yīng)用面前，開始失去光環(huán)。業(yè)內(nèi)分析人士一度認(rèn)為，對一般消費(fèi)者來說，過高的計(jì)算能力，等于技術(shù)冗余。

　　這給了“英特爾們”一個(gè)臺(tái)階下。2004年前，它們遭遇材料創(chuàng)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(dāng)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(gè)或兩個(gè)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(gè)硅片上。表面看是技術(shù)手段，實(shí)際是商業(yè)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(dá)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(shè)計(jì)、生產(chǎn)很難實(shí)現(xiàn)，即使實(shí)現(xiàn)成本也很高，而封裝技術(shù)可將多核封在一起，等于創(chuàng)新摩爾定律。

　　這對消費(fèi)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(shí)，當(dāng)然它們借此實(shí)現(xiàn)了出貨量的提升。

　　上網(wǎng)本淡化處理器價(jià)值

　　摩爾定律遭遇的還有需求變革的壓力。

　　互聯(lián)網(wǎng)的普及，創(chuàng)新了應(yīng)用一端。這一領(lǐng)域的“梅特卡夫定律”，即應(yīng)用與價(jià)值成長成正比，與摩爾定律融合后，顛覆了PC業(yè)擴(kuò)張模式。1998年至2004年，全球PC銷量幾乎幾何級增長。

　　但互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代的摩爾定律，顯得落落寡合。因?yàn)?，互?lián)網(wǎng)創(chuàng)造的關(guān)聯(lián)市場遠(yuǎn)比PC更有誘惑。移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、數(shù)字電視等新興應(yīng)用，將人們的注意力由PC性能轉(zhuǎn)向個(gè)性化消費(fèi)與體驗(yàn)，處理器的價(jià)值被大大淡化了。

　　上周，宏碁董事長王振堂在北京發(fā)布其上網(wǎng)本新品時(shí)透露，英特爾處理器對該產(chǎn)品的能耗貢獻(xiàn)，僅為20%。

　　而無線通信的普及，以及它與互聯(lián)網(wǎng)的融合，更讓英特爾感受到壓力。

　　創(chuàng)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(zhí)狂才能生存》一書中，他說，如果基于網(wǎng)絡(luò)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(jì)算”模式，聲稱對公司業(yè)務(wù)“大為不利”。

　　英特爾顯然早有準(zhǔn)備，“迅馳”是它淡化摩爾定律壓力、貼近網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的變革。而為了適應(yīng)通信時(shí)代，此前它一直借助ARM架構(gòu)，兜售自家的手機(jī)處理器。

　　但網(wǎng)絡(luò)與通信產(chǎn)業(yè)鏈，比相對自由的PC產(chǎn)業(yè)鏈要復(fù)雜得多。面對壁壘森嚴(yán)的市場格局，英特爾初期沒有建立起核心競爭力。比如手機(jī)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(wǎng)絡(luò)與通信業(yè)務(wù)的深水。目前的手段則是“凌動(dòng)”，這一技術(shù)低端、有些反“摩爾定律”演進(jìn)趨勢的產(chǎn)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(lǐng)域的“跳板”。

　　事實(shí)上，對手AMD反襯出英特爾淡化摩爾定律壓力的動(dòng)作。2005年后，AMD在多核化技術(shù)上超越了英特爾。收購ATI之后，同樣嘗試在移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、通信領(lǐng)域有所作為。