電腦晶片的未來：更小，更快，更便宜

2020-11-06

文章推薦指數： 80 %

投票人數：10人

[原標題：電腦晶片的未來：更小，更快，更便宜]

雲浮在線科技訊 9月29日消息，《紐約時報》網絡版撰文對電腦晶片的未來展開解析。

文中介紹了摩爾定律對晶片行業的深遠影響。

然而，這一定律未必將永遠應驗。

晶片開發速度正在放緩，這將使業內競爭更加激烈，同時也能促進行業創新。

以下為文章主要內容：

1960年，在賓夕法尼亞大學校園中舉行的國際固態電路大會上，一名年輕的計算機工程師道格拉斯•恩格爾巴特(Douglas Engelbart)向電子行業介紹了一個簡單但具突破性的概念——縮放(scaling)。

恩格爾巴特博士從理論上提出了自己的設想，隨著電子電路的尺寸不斷縮小，元器件的運行速度將不斷加快、需要更少的電力，其製造成本也會隨之降低。

他後來因研發滑鼠而被稱為「滑鼠之父」，也開發了其他個人計算技術。

那天坐在聽眾席中有位聽眾在1968年成為英特爾的創始人之一，他就是戈登•摩爾(Gordon Moore)。

1965年，摩爾對縮放原理(scaling principle)展開了具體的量化闡述，這對計算機時代產生了龐大影響。

他預測，至少十年內，晶片上可焊刻的電晶體數量將每年翻一番，最終導致電腦性能發生突飛猛進的進步。

他的預測發表在1965年《電子技術(Electronics)》雜誌的四月刊中，後來被稱為摩爾定律。

但這一定律並非真正意義上的物理定律，而是摩爾對這個新興行業發展勢態的觀察推測，摩爾定律在接下來的半個世紀內被證明是正確的。

電晶體的寬度大致等同於棉纖維，在60年代初，一個電晶體的價格約為8美元(按當前的通脹率換算而成)。

如今，一塊指甲蓋大小的晶片上可以焊接幾十億個電晶體，而電晶體的價格遠低於1美分。

伴隨摩爾定律的應驗，矽谷在個人電腦、智能手機和網際網路等方面取得了舉世矚目的成績。

然而，近幾年，摩爾定律中預測的發展速度在放緩。

十年前，晶片運行速度已止步不前，新一代晶片的研發周期延伸了，單個電晶體的成本已趨於穩定。

據技術專家表示，未來新一代晶片的研發周期將更長，或許為兩年半至三年。

他們擔心，本世紀20年代中期，屆時僅由數個分子組成的電晶體將無法可靠地發揮作用。

除非出現新的技術突破，摩爾定律將終結。

通信晶片製造商博通的首席技術官亨利•塞繆爾(Henry Samueli) 打個了形象的比喻，摩爾定律猶如老人一樣正在老去，頭髮逐漸發白，「他」並未步入死亡，而是即將退休。

1995年，摩爾把晶片上容納的電晶體數量每年翻一番的周期改為每兩年翻一番。

但問題在於，如果運行速度不斷增大、能耗不斷減少、價格持續走低這三種趨勢不能同時持續，將會發生什麼。

前英特爾電氣工程師的羅伯特•科爾韋爾(Robert Colwell)表示，這種情況產生的影響將遠不僅限於計算機行業。

他說，「以汽車行業為例，過去30年間什麼推動了這一行業的創新？摩爾定律。

」他指出，汽車行業在發動機控制器、防抱死剎車系統、導航、娛樂及安全系統等方面的創新大都歸因於半導體成本越來越低。

但永遠擁有年輕心態的矽谷未存有這些擔心。

三十多年來，矽谷堅信，計算機速度將更快、性能將更強、價格將更低。

這一前景被描述為「網際網路時代」，甚至還催生了「奇點理論」。

若到達奇點這一階段，計算機將逾越人類智慧。

矽谷的許多人對此堅信不疑。

物理極限

晶片由金屬線以及以半導體材料為基礎的電晶體製成。

電晶體是一種能夠控制電流流動的電子開關。

最先進的電晶體比光的波長還小，最先進的電子開關則比生物病毒還小。

晶片的生產採用了光刻製造工藝。

這一工藝始於20世紀50年代末，並得到不斷改進。

如今，紫外線雷射也被應用到這一工藝中。

當恩格爾巴特所描述的「縮放」不再應驗，大型晶片公司該採取什麼措施？它們可以採用軟體或擁有相同數量電晶體但計算性能更高的新型晶片設計。

或者引入某些特殊材料用來製作速度更快體積更小的電晶體、新型的存儲器以及光纖通信線路(而非電子通信線路)。

還可採用許多具有突破意義的應對之舉。

例如，量子計算這一技術如果能夠投入實際應用，可以大幅縮短加工時間，以及加快自旋電子學的發展。

在未來，自旋電子學有望使計算技術進入原子量級元件的時代。

近來，人們對新型的遠紫外線生產工藝(EUV)持有樂觀態度。

遠紫外線的光波約為可見光譜中最短光波的十分之一，從而使生產更小尺寸元件成為可能，同時簡化晶片製造過程。

但該技術的實效性還未在商業生產中得到驗證。

同三星、台積電等競爭對手不同，英特爾高管堅信，在可預見的未來，公司生產的晶片價格將不斷降低。

對於電晶體價格已趨於穩定的說法，英特爾表示阻擋。

今年7月，英特爾表示將把引進10納米技術(相較而言，人的一根發約寬7.5000萬納米)的時間延遲至2017年。

此舉相悖於傳統做法，英特爾通常每年都會引入由尺寸更小的電晶體組成的晶片，並在下一年採用新的設計特性。

這說明，英特爾是無法扭轉摩爾定律「日趨頹勢」的局勢。

英特爾CEO布萊恩•科茲安尼克(Brian Krzanich)表示，「公司的晶片更新周期接近兩年半，而不是兩年。

」這與上述技術專家的推測不謀而合。

再不能搭便車

晶片開發速度的放緩將使業內競爭更加激烈，同時也能促進行業創新。

當前的狀況是，GlobalFoundries、英特爾、三星和台積電占據主導地位，而許多其他半導體製造商的設備不如前述四大企業先進。

哈佛商學院教授大衛•約菲表示，晶片開發速度放慢也許能使這些落後的製造商得以在不需要最高精尖技術的市場中展開競爭。

即使電晶體尺寸縮小無法加快晶片速度或降低晶片價格，但仍可以降低功耗。

超低功耗的電腦晶片將在約莫五年後出現，在某些情況下這類晶片甚至不再需要電池，因為它們可由太陽能、震動、無線電波甚至汗水供電。

其中許多晶片將成為複雜的新型傳感器，被無線集成到計算雲的集中式計算系統中。

這些晶片將促成什麼樣產品的降生？我們尚不得而知。

但產品設計師將被迫從全新角度思考如何打造新產品，而不是像過去那樣被動等待晶片性能的提升。

基於摩爾定律，計算機的尺寸變得越來越小，但基本上一直拘泥於原有的設計思路，創新乏力。

蘋果iPod之父托尼•法戴爾(TonyFadell)說，「在過去，設計師們很懶。

」

晶片發明人之一卡佛•米德(Carver Mead)指出，「基本上我們都在搭便車。

」

事實上，至少未來10年內，摩爾定律仍會應驗。

若非如此，人類就得提升自己的創造力了。

(陳思)

雲浮在線，詳情請訪問：http://www.gdyfs.com/kj/20150929/09292Z61552015.html