问题

摩尔定律是正确的么?

回答
关于摩尔定律是否“正确”,这个问题其实有点像在问“太阳是圆的吗?”。它不是一个简单的对错问题,而是一个关于观察、预测、以及科技发展规律的深刻讨论。

摩尔定律是怎么来的?

首先,我们需要明确摩尔定律的本意。它并不是一个物理定律,更不是自然法则。它是英特尔公司联合创始人戈登·摩尔(Gordon Moore)在1965年发表的一篇论文中的一个观察和预测。他当时注意到,集成电路上可容纳的晶体管数量,大约每隔一年(后来修正为18个月到24个月)就会翻一番,而相应的成本却会下降。

你可以想象一下,在那个计算机刚刚起步的年代,人们看到的芯片是一个个独立的、笨重的电子元件。然后,像戈登·摩尔这样的先驱们,想办法把越来越多的这些元件“塞”进一块小小的硅片里。摩尔定律就是他们观察到并预测到的这种“塞”进去了的能力的惊人增速。

为什么它看起来这么“对”?

在接下来的几十年里,集成电路行业确实在很大程度上遵循着这个“翻一番”的节奏。这带来了什么?

更强的计算能力: 电脑越来越快,智能手机的功能越来越多,我们今天享受到的各种数字体验,很大程度上都离不开芯片性能的指数级提升。
更低的成本: 同样的计算能力,价格却越来越便宜。这使得科技产品能够普及到千家万户,从实验室走向大众。
不断创新的动力: 摩尔定律提供了一个清晰的目标和挑战,激励着工程师们不断突破技术极限,去研发更小的制造工艺、更优化的设计。

你可以把摩尔定律想象成一个行业内部的“赛跑”,大家都在朝着“把更多东西塞进更小的空间”这个目标努力,而摩尔定律就像是那个不断被提高的终点线。

那它现在还“对”吗?

这就是问题最有趣的地方。随着时间的推移,我们发现摩尔定律遇到了前所未有的挑战,甚至可以说,它的“字面意思”已经不再像过去那样精准地描述现实了。

为什么说它“不再对”或者“正在失灵”?

1. 物理极限的到来: 晶体管越来越小,小到什么程度?已经接近了原子级别。当你在一个几十个原子宽度的空间里塞入晶体管时,很多我们习以为常的物理规律都会变得异常,比如量子隧穿效应(电子会“穿墙而过”)。这意味着,单纯地缩小晶体管变得越来越困难,成本也越来越高。

2. 制造成本的飙升: 制造更先进的芯片需要极其昂贵的设备,比如EUV(极紫外光)光刻机,一台就要十几亿美元。这使得芯片制造的门槛越来越高,只有少数几家公司能够负担得起。这意味着,虽然每平方毫米的晶体管数量可能还在增加,但单位晶体管的成本却不再像过去那样稳定下降,甚至在某些阶段可能反而上升了。

3. 功耗和散热问题: 即使我们能把晶体管做得更小、更多,但它们在工作时会产生热量。当晶体管密度达到一定程度时,散热就成了一个巨大的难题,限制了芯片的整体性能发挥。

4. “换个方式”的增长: 尽管单纯的晶体管数量翻倍增速放缓,但行业并没有停滞不前。我们看到了很多“绕过”摩尔定律的创新:
架构创新: 芯片设计者不再只依赖缩小晶体管,而是通过更聪明的架构设计,比如多核处理器、专门的AI芯片(ASIC)等,来提高整体性能。
封装技术: “Chiplet”技术允许将多个小芯片(Chiplet)组合在一起,通过先进的封装技术实现高性能,而不是把所有功能集成到一块大芯片上。
软件优化: 算法的改进、操作系统的优化也能在不增加硬件成本的情况下提升用户体验。
异构计算: 将不同类型的处理器(CPU、GPU、DSP等)协同工作,发挥各自优势。

所以,摩尔定律是“错误”的吗?

我不认为它是“错误”的。更准确的说法是,摩尔定律作为一种对行业技术发展速度的预测,它最辉煌的“字面意义”上的黄金时代可能已经过去,但它所代表的那种“追求更高性能、更低成本”的精神,以及行业为实现这种追求所付出的努力,依然存在。

你可以把它看作是“一种趋势的终结,另一种趋势的开始”。虽然我们可能不再能像过去那样,每1824个月就能看到芯片性能翻一倍,但科技的进步并没有因此停止。新的挑战带来了新的创新思路,行业正在寻找其他途径来实现性能的提升。

很多人现在更愿意谈论“后摩尔定律时代”或者“摩尔定律的延续”。它依然是衡量行业发展的一个重要标杆,一个值得我们尊敬的预测,但我们不能把它当作一个永恒不变的科学定律来看待。科技的演进总是有周期性和瓶颈的,摩尔定律只是一个非常成功的例子,它在特定时期内精准地抓住了集成电路发展的脉搏,并激励了整个行业。如今,我们正站在一个需要重新定义“进步”的十字路口,这同样令人兴奋。

网友意见

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摩尔定律是真实存在的还是只是半导体行业内的一个口号?为什么是18个月不是17个月或者20个月?这个定律有什么理论支持么?

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