「摩爾定律已死？」：對未來計算機的三個預測

「摩爾定律已經死了。

摩爾定律已經結束了。

」

晶片設計公司ARM的首席技術官Mike Muller在接受訪談時如是說到。

ARM原本是一家英國公司，後被日本公司收購，全世界超過90%的手機都使用了由其設計的處理器核心。

考慮到摩爾定律一直是推動計算機在過去50年飛速發展的引擎，這種說法似乎的確讓人有些令人擔憂。

但Muller對此顯得很樂觀：「在某種程度上來說，的確如此，但我想說，從我和Arm的角度來看，我們並不在乎，」他在2018年Arm研究峰會上說道。

Muller和他的同事們有充分的理由表示對摩爾定律的終結漠不關心。

摩爾定律指的是當價格不變時，集成電路上可容納的元器件的數目，約每隔18-24個月便會增加一倍，性能也將提升一倍。

首先，大部分基於Arm的處理器用於嵌入式計算市場，在這些市場中，電晶體仍然有足夠的空間來變得更小和變得更快。

但更重要的是，Arm相信，過去由摩爾定律帶來的對計算性能的定期提升將繼續下去，而且將源於晶片設計方式的改變。

Arm預計處理器設計將通過以下三種方式不斷發展和進步。

1. 3D晶片將繼續提高處理器性能。

Muller相信晶片設計者將繼續通過疊加更多的電晶體和處理器晶片來從處理器中獲得更多的功率。

「在3D技術上還有大量的工作可以做，無論是在矽片內還是在模具內堆疊的3D電晶體，或者對模具本身進行堆疊，」他說。

「這在製造快閃記憶體晶片方面已經成為現實，在伺服器中也在做著同樣的事情，你可以將大型多核CPU切換成四個較小的CPU並堆疊起來。

通過將這些處理器與內存堆疊起來來獲得更好的性能和更高的收益。

」

2 .計算機晶片將走向專業化

目前的系統已經將工作中心轉移到專門為加速這些任務而設計的處理器上來了，例如，設計新的進行3D渲染的GPU，或設計用來運行經過訓練的機器學習模型的谷歌TPU，Muller預測未來的系統將擁有更廣泛的專用晶片。

「你必須退後一步，然後問自己『我們在做什麼？我們如何設計更好的加速器來解決特定的任務？以及我們如何建造加速器？』」他說。

「這是一種將大腦循環用於解決計算問題的方法，而不僅僅是使用蠻力和電晶體。

」Arm Research未來矽技術主管Greg Yeric表示，還有很多方面可以繼續改進加速器。

他說:「在未來的三到五年里，僅僅通過改進基於CMOS的機器學習算法就可以獲得很多東西。

」

「谷歌TPU是一個很好的例子。

做這些計算不需要很大的精確度。

您可以通過不計算小數點中的位數來減少電源和延遲。

諸如此類的東西。

」

3 .不在局限於矽的計算機晶片

Yeric說，在不久的將來，我們有可能達到傳統材料和技術用於製造處理器的極限，比如現在使用的CMOS(互補金屬氧化物半導體)晶片。

在這一點上，系統內部的晶片將變得更加多樣化，傳統的CMOS晶片將與更多樣化的信息處理器並存。

Yeric說:「我們將開始看到各種基於不同硬體的加速器。

」。

所以，你可以有一種特殊的電晶體，它能很好地完成一件事，但它不一定能很好地完成所有的計算，而且你可以將晶片固定在常規的CMOS晶片上。

「我們有一些小部件在某些方面的性能已經大大優於CMOS。

它可能是利用了光子學，或者是自旋電子學，也可能是一種新的存儲器。

構建這些系統將會是一個更大的挑戰，但是，我真的不認為我們會在系統層面有所放緩，只是這些系統看起來不再像是一塊大的單片CMOS。

」

Muller說，希望神經形態、自旋電子學，甚至量子光子晶片能夠在系統中找到自己的路。

「在10-15年的時間內，將會有新的技術讓我們走出CMOS的桎梏，」他說。

「最終，我們的產品只會越來越好，雖然晶片設計師工作可能會越來越難，但從消費者的角度看，計算機晶片的發展不會有放緩的趨勢，」他說。