延續摩爾定律：硬件和軟件界限愈發(fā)模糊

　　摩爾定律誕生50年來(lái)一直能夠自我實(shí)現，引導整個(gè)行業(yè)每?jì)赡陮⑼瑯哟笮?a class="contentlabel" href="http://dyxdggzs.com/news/listbylabel/label/芯片">芯片上的晶體管數目翻倍。但近年來(lái)，摩爾定律“終結”的聲音愈發(fā)甚囂塵上。面對如此行業(yè)瓶頸，硬件廠(chǎng)商正不斷吞并融合原先軟件領(lǐng)域的技術(shù)來(lái)謀求變革和發(fā)展，硬件和軟件的界限越來(lái)越模糊。此前7月，國際半導體技術(shù)發(fā)展路線(xiàn)圖(ITRS)曾發(fā)布報告稱(chēng)，半導體體積到2021年將不再縮小。報告認為，屆時(shí)半導體廠(chǎng)商將面積縮小、放下更多晶體管的做法已經(jīng)在經(jīng)濟上不劃算，半導體廠(chǎng)商將轉向關(guān)注3D芯片等其他新的技術(shù)增強計算力。

　　(上圖來(lái)自中金公司研報)

　　就摩爾定律的踐行者英特爾來(lái)看，英特爾8月末發(fā)布代號Kaby Lake的第七代酷睿處理器，雖然勉力將14nm芯片縮小至10nm，但10nm的正式發(fā)布已從今年底推遲至明年中期，7nm更是延遲至2022年。

　　雖然摩爾定律并不會(huì )真的在5年內即刻失效，但傳統計算機芯片行業(yè)的發(fā)展已逐漸達到瓶頸，無(wú)法像過(guò)去50年那樣飛速升級的事實(shí)已經(jīng)顯而易見(jiàn)，但硬件生產(chǎn)公司們并沒(méi)有暈頭轉向，而是選擇在硬件技術(shù)上更多地附加上軟件的烙印。

　　尤其是蘋(píng)果，幾乎每12個(gè)月即推出的A系列系統芯片，較之前版本效能提升巨大。但這并不是摩爾定律的簡(jiǎn)單“續命”，因為它并沒(méi)有繼續糾結在“更多更小晶體管”這樣的問(wèn)題上，而是以蘋(píng)果新推出的智能手機或是其他設備所需要的功能為訴求。因此，越來(lái)越難以區分芯片的硬件技術(shù)和軟件技術(shù)具體如何分隔了。

　　而這一點(diǎn)正是問(wèn)題的關(guān)鍵。計算機領(lǐng)域中軟件向硬件的遷移已經(jīng)在不斷進(jìn)行，并且接下來(lái)20~50年或將看到更多硬件“吞噬”軟件，或是兩者技術(shù)邊界愈發(fā)融合的景象。

　　不僅僅是蘋(píng)果，英偉達在不斷升級芯片技術(shù)性能的同時(shí)，也同時(shí)開(kāi)始在芯片中融入很多原先軟件領(lǐng)域的研究項目，例如立體成像技術(shù)等。再比如微軟，上個(gè)月新鮮披露的AR頭顯HoloLens的協(xié)處理器，是由 24 個(gè)Tensilica DSP(數字信號處理)核心組成，該協(xié)處理的設計工作是由一組專(zhuān)業(yè)芯片設計師完成的。

　　事實(shí)上，工具的升級也將使芯片的設計變得更加容易，尤其是類(lèi)似機器深度學(xué)習和人工智能技術(shù)的推動(dòng)。

　　除了對軟件領(lǐng)域的“蠶食”之外，為了發(fā)展擁有更加強大的儲存盒計算能力的計算機，向量子領(lǐng)域的進(jìn)發(fā)也是當下非常明顯的趨勢。量子計算機在存儲、計算、資源節約等方面的優(yōu)勢無(wú)可比擬，其存儲信息的能力將呈指數增長(cháng)。創(chuàng )業(yè)公司和科技巨頭也競相布局量子計算。

　　摩爾定律正式失效，半導體行業(yè)何去何從

　　摩爾定律可以說(shuō)是整個(gè)計算機行業(yè)最重要的定律，它其實(shí)是一個(gè)預言：每?jì)赡晡⑻幚砥鞯木w管數量都將加倍——意味著(zhù)芯片的處理能力也加倍。這種指數級的增長(cháng)，促使上世紀70年代的大型家庭計算機轉化成80、90年代更先進(jìn)的機器，然后又孕育出了高速度的互聯(lián)網(wǎng)、智能手機和現在的車(chē)聯(lián)網(wǎng)、智能冰箱和自動(dòng)調溫器

　　這個(gè)看起來(lái)自然而然的進(jìn)程，實(shí)際很大程度也是人類(lèi)有意控制的結果，芯片制造商有意按照摩爾定律預測的軌跡發(fā)展：軟件開(kāi)發(fā)商新的軟件產(chǎn)品日益挑戰現有設備的芯片處理能力，消費者需要更新為配置更高的設備，設備制造商趕忙去生產(chǎn)可以滿(mǎn)足處理要求的下一代芯片。

　　但現在，這種發(fā)展軌跡要告一段落了。由于同樣小的空間里集成越來(lái)越多的硅電路，產(chǎn)生的熱量也越來(lái)越大，這種原本兩年處理能力加倍的速度已經(jīng)慢慢下滑。此外，還有更多更大的問(wèn)題也慢慢顯現，如今頂級的芯片制造商的電路精度已經(jīng)達到14納米，比大多數病毒還要小。但是，全球半導體行業(yè)研發(fā)規劃藍圖協(xié)會(huì )主席保羅·加爾吉尼( Paolo Gargini)表示：“到2020年，以最快的發(fā)展速度來(lái)看，我們的芯片線(xiàn)路可以達到2-3納米級別，然而在這個(gè)級別上只能容納10個(gè)原子，這樣的設備，還能叫做一個(gè)‘設備’嗎?”

　　恐怕不能。到了那樣的級別，電子的行為將受限于量子的不確定性，晶體管將變得不可靠。在這樣的前景下，盡管這方面已經(jīng)有無(wú)數研究，但目前人們仍然無(wú)法找到可以替代如今的硅片技術(shù)的新的材料或技術(shù)。

　　下個(gè)月發(fā)布的行業(yè)研究規劃藍圖將史無(wú)前例地不以摩爾定律為中心，相反，新的戰略可能是“超越摩爾”(More than Moore )：與以往首先改善芯片、軟件隨后跟上的發(fā)展趨勢不同，以后半導體行業(yè)的發(fā)展將首先看軟件——從手機到超級電腦再到云端的數據中心——然后反過(guò)來(lái)看要支持軟件和應用的運行需要什么處理能力的芯片來(lái)支持，由于新的計算設備變得越來(lái)越移動(dòng)化，新的芯片中，可能會(huì )有新的一代的傳感器、電源管理電路和其他的硅設備。

　　這種局勢的轉變，也改變了半導體行業(yè)圍繞摩爾定律不再團結一致?！按蠹叶疾淮_定新的研究規劃藍圖意味著(zhù)什么，” 愛(ài)荷華大學(xué)計算機科學(xué)家丹尼爾·里德(Daniel Reed)表示。位于華盛頓DC的 半導體行業(yè)協(xié)會(huì )(The Semiconductor Industry Association， SIA)代表所有美國半導體企業(yè)，已經(jīng)表示不再參與全球半導體行業(yè)研究規劃藍圖的章程，而是自行決定研發(fā)進(jìn)度。

　　丹尼爾·里德將之與飛機制造行業(yè)進(jìn)行比較：“現在的波音787并不比上世紀50年代的波音707快多少——但這兩個(gè)型號的飛機可差太多了，波音787的創(chuàng )新體現在其他地方，比如全電子控制、碳纖維機身等，計算機行業(yè)也是如此，創(chuàng )新將會(huì )繼續，但是會(huì )體現在更細小和更復雜的地方?！?/p>