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CSDN|芯片破壁：摩尔定律的一次次“惊险”续命( 二 )


摩尔自己在演讲时也开玩笑说 ， 如果其他行业像半导体这样发展的话 ， 汽车现在应该一升汽油就能跑几十万公里 ， 市中心每小时的停车费可能比劳斯莱斯还要昂贵 ， 还有可能汽车尺寸会缩小到两寸长根本无法载人……
因此 ， 摩尔本人在谈论“摩尔定律”的生命周期时 ， 更同意史蒂芬霍金的说法 。 后者曾在被问及集成电路的技术极限时 ， 提到了两个限制：
一是光的极限速度 ， 芯片的运行速度距离光速还很远；二是物质的原子本质 ， 晶体管已经很接近原子的直径（0.01纳米到0.1纳米之间） 。
也就是说 ， 摩尔定律想要在当下继续发展 ， 工程师们就不得不面临与这两个最基本的自然法则做斗争 。 听起来是不是一个很艰难的挑战？
体现在具体的产业难题上 ， 就是随着硅片上集成电路密度的增加 ， 其复杂性和差错率也会呈现指数级的上升 。
硅材料芯片被广为诟病的便是高温和漏电 。 集成电路部件发散的热量 ， 以及连线电阻增加所产生的热量 ， 如果无法在工作时及时散发出去 ， 就会导致芯片“罢工”；
此外 ， 晶体管之间的连线越来越细 ， 耗电也就成了大问题 。 而且导线越细 ， 传输信号的时间也就越长 ， 还会直接影响它们处理信号能力 。 如果电子能直接穿透晶体管中的二氧化硅绝缘层 ， 就会触发“量子隧穿效应” ， 完全丧失功能 。
要在指甲盖大小的芯片上以亿为单位来雕刻晶体管 ， 难度就像从月球上精准地定位到地球上的一平方米一样 ， 这种原子甚至量子级别的集成电路焊接与生产 ， 就对工艺精密度提出了更高的要求 。
一边芯片被要求越做越小 ， 性能越来越高；一边物理限制又需要晶体管之间保持一定的距离 ， 可不为难死工程师了嘛 。
同时别忘了 ， 摩尔定律还被附加了经济色彩 。 除了性能之外 ， 成本/价格的同时下降也被看做是基本要求 。
体现到消费级市场 ， 就是用户们在每两年 ， 用更少的钱买到性能更高的电脑、手机产品 。
但是 ， 技术研发投入与光刻设备的更新换代 ， 都需要半导体厂商耗费大量的资金 。
生产精密程度的不断提升 ， 也需要在制造环节投入更大的人力物力 ， 一代代芯片生产线的设计、规划、调试成本 ， 也在以指数级增长 。
以前 ， 生产130nm晶圆处理器时 ， 生产线需要投资数十亿美元 ， 到了90nm时代则高达数百亿 ， 超过了核电站的投入规模 。 按照IBS 的 CEO Handel Jones 的预测 ， 3nm 芯片的研发成本 ， 甚至将达到 令人发指的40 亿至 50 亿美元 。
为了摊薄成本 ， 半导体厂商不得不生产更多的芯片 ， 这又会导致单片芯片的利润回报下降 。
很显然 ， 半导体企业不可能长期“既让性能翻一倍 ， 又让价格降一倍” ， 如果18个月没有收回成本 ， 就要面临巨大的资金压力 。
更为残酷的是 ， 受软件复杂性等影响 ， 芯片性能的提升在用户感知度上也越来越弱 。
上世纪八九十年代 ， 晶体管数量增加带来的性能加成是明显的 。 比如奔腾处理器的速度就远高于486处理器 ， 奔腾2代又比奔腾1代优秀得多 。
但正如大家所见的 ， 进入21世纪以来 ， 芯片制程越来越小 ， 但用户对性能提升的感知度却不如以往令人惊艳 ， 更新换代的买单欲望也能轻易被控制——等待更具性价比的计算硬件 ， 锁死了摩尔定律的增长周期 。
曾几何时 ， 谷歌CEO Eric Schmidt 被问及会不会购买 64 位“安腾”处理器时 ， 对方就表示“谷歌已经决定放弃摩尔定律” ， 不准备购买这种在当时看来的超级处理器 。 当然 ， 这一决定被历史证明打脸了 。
但也说明 ， 即使厂商完成了前期的烧钱游戏 ， 也未必能在中短线消费市场上完美收官 。
CSDN|芯片破壁：摩尔定律的一次次“惊险”续命
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