起底“摩爾定律”：技術(shù)預測、商業(yè)廣告還是謊言？

1965年4月19日，彼時(shí)的老牌專(zhuān)業(yè)雜志《電子學(xué)》發(fā)布了一篇名為“讓集成電路填滿(mǎn)更多的元件”的評論文章。在這篇文章中，撰稿人戈登·摩爾根據自己觀(guān)察的前幾年行業(yè)規律提出了一個(gè)知名的預言：“在最小成本的前提下，集成電路所含有的元件數量大約每年便能增加一倍（原文：The complexity for minimum component costs has increased at a rate of roughly a factor of two per year ，引自Intel官網(wǎng)相關(guān)文章）”。

當然，稍微關(guān)注消費電子領(lǐng)域的朋友們聽(tīng)到這句話(huà)，應該都能反應過(guò)來(lái)了——沒(méi)錯，這就是大名鼎鼎的“摩爾定律”。而且準確來(lái)說(shuō)，這才是摩爾定律最初、也最原本的意思。至于大家可能更熟悉的“每18個(gè)月，電子計算機的性能提升一倍，或者價(jià)格下降一半”，那其實(shí)是后人從“摩爾定律”中穿鑿附會(huì )而來(lái)，“18個(gè)月”并非摩爾的本意，“性能或價(jià)格”更不是他關(guān)注的重點(diǎn)。

那么，為什么我們要在今天詳細地重提摩爾定律呢？一方面是應讀者們的要求進(jìn)行這方面的科普。另一方面更因為在準備相關(guān)材料時(shí)，我們三易生活的編輯們意識到，人們對于這條幾十年前的半導體行業(yè)“金科玉律”，時(shí)至今日實(shí)在是有著(zhù)太多太多的誤解、扭曲甚至是刻意附會(huì )，因此在經(jīng)過(guò)商議之后，我們決定用這篇文章來(lái)盡可能地給大家詳述“摩爾定律”的意義、影響，以及它所謂的“失效”和對我們大眾消費者所造成的實(shí)際影響。

• 摩爾定律，其實(shí)它根本就不是一個(gè)定律

首先，我們希望大家明白一件事——盡管我們?yōu)榱藗鞑ズ屠斫馍系姆奖?，使用了“摩爾定律”這個(gè)名稱(chēng)。但實(shí)際上“摩爾定律”并不是一個(gè)真正的科學(xué)定律！

當然，我們不否認“摩爾定律”的提出者戈登·摩爾作為全世界半導體行業(yè)的先驅?zhuān)鳛樵?jīng)有名的“仙童八叛徒”以及當今芯片巨頭英特爾的創(chuàng )始人之一，老先生本人的權威當然是非常高的。但是，即便如此，他所提出的“摩爾定律”依然不是客觀(guān)存在的自然規律，只是一種經(jīng)驗主義的說(shuō)法。注意，這可不是我們說(shuō)的，而是英特爾方面的說(shuō)法。用英特爾官網(wǎng)上的的原話(huà)來(lái)說(shuō)，包含著(zhù)“摩爾定律”原句的那篇文章（讓集成電路填滿(mǎn)更多的元件），本質(zhì)上也只不過(guò)是“專(zhuān)家對未來(lái)的愿景（The experts look ahead）”而已。

明白了這個(gè)道理，那么所謂“摩爾定律的有效性”其實(shí)就變成了一個(gè)非常吊詭的事情。首先，回顧歷史，我們會(huì )發(fā)現摩爾定律其實(shí)在傳播的過(guò)程中經(jīng)歷過(guò)多次“修正”。首先是在1975年，摩爾自己在將“摩爾定律”寫(xiě)成論文提交給IEEE國際電子組件大會(huì )時(shí)，便將原本理論中的“一年增加一倍”改成了“兩年增加一倍”——據他自己說(shuō)，這是“根據當時(shí)的實(shí)際情況進(jìn)行了改動(dòng)”。而許多人現在所熟悉的“每十八個(gè)月增加一倍”，則又是后來(lái)的英特爾CEO大衛·豪斯在摩爾定律基礎上所做的“魔改”——而且，豪斯不僅將時(shí)間改成了十八個(gè)月，還將“元件數量增加一倍”曲解成了“性能提高一倍”。

奔騰4處理器的晶體管數量是符合摩爾定律的，但它的性能顯然并不符合這一規律

對于半導體產(chǎn)品來(lái)說(shuō)，晶體管數量翻番是不是一定就會(huì )帶來(lái)性能翻倍呢？稍有常識的人都知道不一定。但是，經(jīng)過(guò)大衛·豪斯這么一解釋?zhuān)澳柖伞钡恼麄€(gè)內涵其實(shí)就悄然發(fā)生了極大的改變：

如果說(shuō)，原始的“摩爾定律”還只不過(guò)是一名行業(yè)專(zhuān)家對于業(yè)內生產(chǎn)工藝的一種推論，那么扯上了“性能”之后的摩爾定律，就已經(jīng)變成了半導體行業(yè)自我標榜的一種符號——我很先進(jìn)，因為我一直在進(jìn)步。與此同時(shí)，它也無(wú)形中給了商家說(shuō)服消費者換機的理由——根據摩爾定律，老舊的電腦/手機/游戲機淘汰起來(lái)是很快噠，所以趕緊買(mǎi)新的吧！

• 商業(yè)化時(shí)代的摩爾定律：它早已成為了一種促銷(xiāo)手段

當然，不可否認的是，由于摩爾定律作為半導體行業(yè)“規則”的存在，它客觀(guān)上曾經(jīng)在很長(cháng)一段時(shí)間里促進(jìn)了整個(gè)半導體行業(yè)的自我進(jìn)步，但是，自從“摩爾定律”和消費電子、和商家們促進(jìn)消費的心理扯上了關(guān)系，為了讓普通的消費者能夠認同這個(gè)原本很?chē)烂C但其實(shí)并不嚴謹的“定律”，行業(yè)大佬們可謂是煞費苦心——一方面，他們將摩爾定律中的“元器件數量”異化成了“性能”，另一方面又反復倒騰原本“在最優(yōu)的成本下”這句話(huà)，將它歪曲解釋成了“半導體產(chǎn)品（乃至最終的電腦）的價(jià)格”。然而，即便如此，所謂“計算機的性能每十八個(gè)月就翻一番，或者價(jià)格降低一半”這樣的言論看起來(lái)依然不夠有說(shuō)服力——特別是這個(gè)所謂的“性能”，到底要如何才能讓潛在的消費者更直觀(guān)地感受到呢？

這個(gè)時(shí)候，有趣的事情就發(fā)生了——當計算機CPU還處在單核時(shí)代時(shí)，廠(chǎng)商們用主頻指代了性能；當計算機CPU開(kāi)始進(jìn)入雙核、四核時(shí)代時(shí)，“制程數字”被拿來(lái)作為摩爾定律的直接指標；而到了如今，當主頻、制程的提升都變得越來(lái)越困難時(shí)，“對飚核心數量、比拼XXXX跑分軟件的成績(jì)”又似乎成為了“證明”新時(shí)代摩爾定律依然有效的證據。

基于Intel Xeon W3175X 28核處理器和兩塊RTX2080Ti顯卡的最強個(gè)人工作站，價(jià)格嘛…………

當然，這樣變來(lái)變去的宣傳策略，也同時(shí)帶來(lái)了一些令人意想不到的負面效果——那就是所謂“摩爾定律的失效”。在十幾年前，當奔騰4處理器的主頻無(wú)法再提升的時(shí)候，人們開(kāi)始質(zhì)疑“摩爾定律是不是已經(jīng)失效了”？在幾年前，當Intel聲明新半導體工藝的部署速度已無(wú)法再跟上“Tick-Tock”戰略的節奏時(shí)，又有一些磚家學(xué)者開(kāi)始聲稱(chēng)摩爾定律已到極限。至于今天，當我們看到諸如i9-9990XE、RTX Titan這樣的旗艦硬件產(chǎn)品相比上一代價(jià)格大幅上升時(shí)，相信也會(huì )有普通消費者產(chǎn)生這樣的疑問(wèn)：不是說(shuō)好的十八個(gè)月之后硬件性能翻倍而價(jià)格不變么？是不是摩爾定律早已失效了？

• 摩爾定律失效了？技術(shù)上沒(méi)有，但實(shí)際上早已發(fā)生

其實(shí)，原始的摩爾定律本來(lái)就是一種粗暴簡(jiǎn)單的猜測，它不是什么客觀(guān)規律。自然也不存在有效沒(méi)效——之所以在過(guò)去的幾十年里摩爾定律被大抵認為有效，一方面是源自戈登·摩爾本身的名人效應使人們選擇性忽略了它的反例；而更重要的原因，則在于包括Intel、臺積電、AMD在內的一系列相關(guān)廠(chǎng)商實(shí)際上是在主動(dòng)用自己的產(chǎn)品規劃去“支撐”著(zhù)摩爾定律——支撐著(zhù)大眾消費者對于消費電子的信仰。說(shuō)得更直白一點(diǎn)，就算有一天，半導體制程真的到達了物理極限，CPU廠(chǎng)商們也一樣能夠通過(guò)多層堆疊之類(lèi)的技術(shù)繼續造出更大、更強的產(chǎn)品，繼續“證明”摩爾定律依然有效。

但是，你知道么？如果按照現代商業(yè)化的思路來(lái)解釋的話(huà)，其實(shí)摩爾定律是早就“失效”了的！

這是什么道理呢？很簡(jiǎn)單，這么多年來(lái)，半導體巨頭們一直以他們所理解的摩爾定律，告訴我們3C產(chǎn)品技術(shù)進(jìn)步極快、性能一年翻一番、早買(mǎi)早享受、晚買(mǎi)享折扣……但實(shí)際上，他們口中的“性能”更多地只是一種理論上的算力，而并不是消費者能夠實(shí)際感受到的流暢度。

IBM 5100型電腦，在那個(gè)時(shí)代，所有的電腦用戶(hù)必然都是大神

之所以會(huì )發(fā)生這種現象，到還不是芯片廠(chǎng)商們的“鍋”，而是我們人類(lèi)的惰性使然：在戈登·摩爾所處的年代（上個(gè)世紀60-70年代），計算機并不普及，而當時(shí)能夠接觸到計算機的人、不是軍方的高級技術(shù)兵、就是各大科研機構的研究員。他們用著(zhù)極為復雜的機器碼，寫(xiě)出晦澀難懂但運行效率極高的程序，以便它們可以在當時(shí)機能孱弱的電腦上運行。

尼克勞斯·維爾特，他同時(shí)也是一位知名的軟件大神，自然有資格批評現在的程序員

但是，當時(shí)間來(lái)到上世紀90年代，情況已經(jīng)不一樣了：電子游戲、聊天軟件、在線(xiàn)多媒體應用成為了電腦使用者當中最主流的程序表現形式，但一年到兩年一換代的個(gè)人電腦卻反而讓專(zhuān)職的程序員們開(kāi)始變得懶惰。1995年，計算機科學(xué)家尼克勞斯·維爾特觀(guān)察到，由于程序員愈發(fā)懶于優(yōu)化、軟件愈發(fā)龐大臃腫、加上快速的開(kāi)發(fā)周期帶來(lái)程序質(zhì)量的下降、以及軟件公司管理的種種問(wèn)題，軟件速度的減慢已經(jīng)抵消了硬件速度的提升，因此計算機系統一面遵守“摩爾定律”提升理論性能，一方面在實(shí)際的消費者可感知的性能上是不升反降的。對此，維爾特刻意用調侃“摩爾定律”的方式來(lái)命名自己的發(fā)現，將其稱(chēng)之為“維爾特定律”，其內容可以簡(jiǎn)單地概括如下：

“軟件變慢的速度永遠快過(guò)硬件變快的速度?！?/p>