脫離摩爾定律束縛半導體產(chǎn)業(yè)挑戰與機遇并存

　　相信近期關(guān)注硬件新聞的朋友們，都了解到Intel準備改變“Tick-Tock”產(chǎn)品模式的消息。Intel將原本兩年為一個(gè)周期的硬件升級模式，變更為“制程-架構-優(yōu)化”(PAO)的三步走戰略。這一消息從Intel提交給美國證券交易委員會(huì )的10-K文件中可以證實(shí)。這也標志著(zhù)Intel的處理器產(chǎn)品將會(huì )從兩年一個(gè)升級周期正式變更為三年一個(gè)升級周期，這也對出現了50多年的摩爾定律造成了巨大的沖擊。

　　究其原因，其實(shí)是眾多因素共同作用的結果。首先，自然是制造工藝帶來(lái)的壓力。眾所周知，制作處理器的基本原料是硅，在目前沒(méi)能找到更有效的替代品時(shí)，制程的進(jìn)步就要面臨著(zhù)對極限一次又一次的挑戰，隨之而來(lái)的是制造成本的成倍增長(cháng)。同時(shí)，更高的精度意味著(zhù)更低的良品率，這樣就再次加大了產(chǎn)品的制造成本。當一款產(chǎn)品的制造成本遠遠超過(guò)其應有的銷(xiāo)售價(jià)格時(shí)，是很難以消費級產(chǎn)品的形式投入到市場(chǎng)中的。

　　另外，從SNB時(shí)代起，單靠提升制程已經(jīng)很難大幅提升處理器的性能了，因此處理器廠(chǎng)商們必須找到更加有效的升級方式，才能繼續推進(jìn)處理器產(chǎn)業(yè)的性能飛躍，這就如同當年的奔騰系列處理器在性能上遭遇瓶頸，Intel選擇了雙核心和超線(xiàn)程一樣。目前處理器市場(chǎng)仍然遇到了性能瓶頸，因此Intel需要更多的時(shí)間來(lái)研發(fā)、調整和完善旗下的處理器產(chǎn)品。

　　摩爾定律的前世今生

　　在上文中我們提到了“摩爾定律”，它是由Intel創(chuàng )始人之一戈登·摩爾(GordonMoore)在1965年提出來(lái)的。其內容為：當價(jià)格不變時(shí)，集成電路上可容納的元器件的數目，約每隔18-24個(gè)月便會(huì )增加一倍，性能也將提升一倍。這一定律經(jīng)過(guò)了半個(gè)世紀的驗證，不僅是在微處理芯片領(lǐng)域，包括半導體存儲器及系統軟件在內的研發(fā)和升級都與“摩爾定律”的內容相吻合。

　　僅以微處理器的部分來(lái)看，從1979年的8086和8088，到1982年的80286，1985年的80386，1989年的80486，1993年的Pentium，1996年的PentiumPro，1997年的PentiumII，功能越來(lái)越強，價(jià)格越來(lái)越低，每一次更新?lián)Q代都是摩爾定律的直接結果。與此同時(shí)PC機的內存儲器容量由最早的480k擴大到8M，16M，與摩爾定律更為吻合。

　　為了更好的遵循這一定律，Intel在2007年為旗下的處理器產(chǎn)品推出了“Tick-Tock”的升級模式。其中的Tick代表制程、Tock代表架構，而“Tick-Tock”原則是以年為計算單位的，所以總結一下“Tick-Tock”就是每一年推出一代嶄新制程的產(chǎn)品、下一年就在嶄新制程的基礎上推出嶄新架構的產(chǎn)品。

　　為何要舍棄摩爾定律

　　芯片巨頭Intel的這次產(chǎn)品戰略轉型，直接導致的結果就是其后續產(chǎn)品不再遵循摩爾定律兩年為一個(gè)硬件升級周期的原則，從目前的市場(chǎng)狀況來(lái)分析，這種情況的出現是必然的。首先，以硅為原材料的制造工藝，已經(jīng)達到了一個(gè)瓶頸階段，當我們不能在短時(shí)間內找到有效的替代物時(shí)，研發(fā)的速度自然要放緩。

　　其次，處理器的發(fā)熱問(wèn)題一直是芯片廠(chǎng)商亟待解決的問(wèn)題之一。從宏觀(guān)上來(lái)看，越是精細的設備，其發(fā)熱量就會(huì )越小，但當處理器的制造工藝達到了一定程度時(shí)，硅電路里的電子移動(dòng)越來(lái)越快，芯片開(kāi)始變得過(guò)熱。雖然包括Intel在內的很多廠(chǎng)商都在不斷努力解決散熱的問(wèn)題，比如多核心設計、3D晶體管技術(shù)等，不過(guò)在處理器的核心達到8個(gè)或更多時(shí)，很多程序都無(wú)法完全利用到全部的核心，這就造成了性能的不對等。

　　廠(chǎng)商策略偏離摩爾定律還有一個(gè)重要的原因，就是目前移動(dòng)設備大行其道，傳統的臺式機已經(jīng)無(wú)法滿(mǎn)足人們日益增長(cháng)的使用需求，移動(dòng)設備對于處理器的發(fā)熱和功耗有著(zhù)更嚴格的要求。并且不同移動(dòng)設備對于處理器的參數需求也不同，這就導致處理器廠(chǎng)商無(wú)法像從前一樣大批量生產(chǎn)同樣型號的產(chǎn)品，再次提升了產(chǎn)品的制造成本。

　　未來(lái)挑戰與機遇并存

　　當然，脫離的摩爾定律的束縛，也不完全是件壞事。由于摩爾定律的存在，硬件廠(chǎng)商或多或少的會(huì )根據摩爾定律來(lái)制定各自的產(chǎn)品發(fā)展規劃，一部分的產(chǎn)品確實(shí)獲得了飛速的進(jìn)步，但也有一部分的產(chǎn)品本應發(fā)展的更為迅速，卻為了遵循摩爾定律，并保持和其他廠(chǎng)商同步，故意放慢了前進(jìn)的腳步。

　　當一些更多的廠(chǎng)商不再以摩爾定律為基準，勢必會(huì )產(chǎn)生出更具創(chuàng )造力和飛躍性的產(chǎn)品。軟件行業(yè)也是同樣的道理，為了追求極致的效率，程序員們可以依靠本應在未來(lái)幾年才能夠出現的硬件平臺，編寫(xiě)更加超前的應用程序。

　　另一方面，臺積電、三星等芯片廠(chǎng)商為了謀求更好的發(fā)展，勢必會(huì )采取更加激進(jìn)的產(chǎn)品策略，將工藝提升至極限之后，或許會(huì )找到更優(yōu)質(zhì)的芯片制造材料。同時(shí)量子計算機或許也會(huì )加速發(fā)展，能夠更快的從理論階段變?yōu)閷?shí)際產(chǎn)品。