半導體先驅戈登·摩爾和他的摩爾定律

2023年3月24日，戈登·摩爾與夏威夷的家中在親友的陪同下停止了呼吸，享年94歲。作為半導體行業(yè)的奠基人，英特爾的聯(lián)合創(chuàng )始人，也許您不了解戈登·摩爾先生傳奇的一生，但是您一定聽(tīng)說(shuō)過(guò)，那個(gè)影響了半導體行業(yè)半個(gè)多世紀的“預言”——摩爾定律，即：未來(lái)集成電路上的晶體管每18個(gè)月就能翻一番。單個(gè)晶體管的價(jià)格會(huì )持續下降，芯片計算能力會(huì )越來(lái)越強。

在如今，對于摩爾定律是否已經(jīng)過(guò)時(shí)的討論已經(jīng)充滿(mǎn)了整個(gè)互聯(lián)網(wǎng)，這篇文章想帶領(lǐng)各位讀者來(lái)回顧一下戈登·摩爾先生非凡的一生，和他的摩爾定律對于整個(gè)半導體行業(yè)的巨大影響。

戈登·摩爾的傳奇一生

1929年1月3日，戈登·摩爾出生在加州舊金山的佩斯卡迪諾一家平凡且普通的人家，父親是一位政府的小官員，而母親則只有中學(xué)學(xué)歷，早早地做了家庭主婦。但很快摩爾就展現出了他對于化學(xué)的濃厚興趣，鄰居家的孩子在圣誕節收到了一個(gè)啟蒙用的化學(xué)小裝置，面對這個(gè)裝有許多真正化學(xué)試劑的小實(shí)驗臺，小摩爾著(zhù)了迷，整天跑到鄰居家里去，研究這些小東西，他開(kāi)始想成為一個(gè)化學(xué)家。很快，在高中畢業(yè)后成績(jì)很好的戈登·摩爾進(jìn)入了著(zhù)名的加州大學(xué)伯克利分校的化學(xué)專(zhuān)業(yè)，實(shí)現了自己的少年夢(mèng)想。1950年，摩爾獲得了學(xué)士學(xué)位，接著(zhù)他繼續深造，于1954年獲得物理化學(xué)博士學(xué)位。

幾年之后，在諾貝爾將獲得者威廉·肖克利的邀請下，戈登·摩爾作為一名化學(xué)專(zhuān)家加入了肖克利半導體公司，從此摩爾決定不在進(jìn)行那些虛無(wú)縹緲的化學(xué)理論研究，他開(kāi)始考慮理論的最終落地，先要做出一點(diǎn)真正可以改變這個(gè)世界的應用。事實(shí)證明，摩爾的選擇是正確的，在肖克利半導體公司的摩爾雖然沒(méi)有做出什么驚天動(dòng)地的大成就，但是，在這里他結實(shí)了自己一生最好的合作伙伴，羅伯特·諾伊斯。有小道消息稱(chēng)，肖特利雖是天才一般的科學(xué)家，但是在管理上缺一竅不通，員工們很難與其相處，一年之中，實(shí)驗室沒(méi)有研制出任何像樣的產(chǎn)品。

于是在1957年，羅伯特·諾伊斯帶頭，帶著(zhù)戈登·摩爾和公司里意氣相通的其他6個(gè)人，一同向肖克利遞交了辭職書(shū)，肖克利怒不可遏地罵他們是“八叛逆”，但是這八個(gè)年輕人還是義無(wú)反顧地離開(kāi)了他們的“伯樂(lè )”，成立了之后將影響整個(gè)半導體產(chǎn)業(yè)的仙童半導體公司。

著(zhù)名的硅谷“八叛徒”。左一為戈登·摩爾，左四為羅伯特·諾伊斯

1965年，摩爾在雜志《Electronics》上暢想未來(lái)，提出了影響半導體行業(yè)小60年的著(zhù)名“預言”，即，未來(lái)集成電路上的晶體管每18個(gè)月就能翻一番。單個(gè)晶體管的價(jià)格會(huì )持續下降，芯片計算能力會(huì )越來(lái)越強。

在1968年，摩爾和諾伊斯離開(kāi)仙童半導體公司創(chuàng )辦了存儲芯片公司，這個(gè)全新的公司在不久之后被命名為英特爾（Intel）。直到1975年，摩爾一直擔任英特爾公司的執行總裁，從1979年到1987年，摩爾擔任該公司董事長(cháng)兼首席執行官，直到1997年他一直擔任董事長(cháng)。摩爾在位期間，同羅伯特·諾伊斯一起帶領(lǐng)工程師發(fā)明了微處理器，世界第一個(gè)微處理器4004，到90年代的英特爾奔騰系列，英特爾在戈登·摩爾的領(lǐng)導下，無(wú)疑走在了正確的道路上，確立了自己CPU的巨人地位。對于上個(gè)世紀這場(chǎng)個(gè)人計算機工業(yè)萌芽并獲得了飛速的發(fā)展，戈登·摩爾無(wú)疑是這場(chǎng)偉大變革的最大推動(dòng)者和勝利者。

2005年，摩爾在接受采訪(fǎng)時(shí)回憶這段經(jīng)歷時(shí)說(shuō)道：“能在正確的時(shí)間出現在正確的地方真是太好了。我很幸運能夠在半導體行業(yè)處于起步階段時(shí)進(jìn)入這個(gè)行業(yè)。而且我有機會(huì )，從我們無(wú)法制造單個(gè)硅晶體管的時(shí)代，成長(cháng)到將17億個(gè)硅晶體管放在一個(gè)芯片上的時(shí)代！這是一次非凡的旅程?！?/p>

戈登·摩爾晚年致力于慈善事業(yè)，以他與妻子之名成立的戈登與貝蒂·摩爾基金會(huì )投入數十億美元，長(cháng)期支持環(huán)境保護、患者護理和科學(xué)發(fā)現。但戈登·摩爾留給世人的遺產(chǎn)，遠不止于此。

摩爾定律對于半導體事業(yè)的重大影響

準確來(lái)說(shuō)，摩爾定律不應該被稱(chēng)為一種“定律”，它并不是一項物理發(fā)現，它是一個(gè)人為設定的目標。其數學(xué)本質(zhì)是指數，而摩爾定律的初衷是預測而非約束。在2008年，摩爾先生在接受采訪(fǎng)的時(shí)候也坦誠地說(shuō)到：“我只是想傳達這個(gè)信息，即通過(guò)在芯片上放越來(lái)越多的東西，我們將讓所有電子產(chǎn)品越來(lái)越便宜?！?/p>

但是，在客觀(guān)上，對于整個(gè)行業(yè)來(lái)說(shuō)，其實(shí)是非常殘酷的，意味著(zhù)英特爾要以指數的速度發(fā)展，不斷前進(jìn)，才能立足于半導體的武林。要么被別人淘汰，要么自己淘汰昨天的自己。有人說(shuō)，摩爾定律是行業(yè)發(fā)展的節拍器，指揮整個(gè)行業(yè)一往無(wú)前，但是在上個(gè)世紀的背景下，與其說(shuō)是節拍器，倒不如說(shuō)是一臺不斷向前的壓路機，跟不上摩爾定律的公司，就會(huì )被無(wú)情的壓入歷史的公路之下，成為后人前進(jìn)的墊腳石。但是另一個(gè)方面來(lái)講，摩爾定律被視為半導體產(chǎn)業(yè)發(fā)展的指導原則，推動(dòng)了科技行業(yè)的快速增長(cháng)。幾十年來(lái)，摩爾定律一直被認為是科技進(jìn)步的主要動(dòng)力之一，對于計算機、通信和消費電子等行業(yè)產(chǎn)生了深遠的影響。

而到了如今這個(gè)節點(diǎn)，隨著(zhù)工藝制程逐漸開(kāi)始逼近物理極限，關(guān)于摩爾定律是否還能繼續存在的討論日漸激烈，對此，摩爾先生在2015年接受采訪(fǎng)時(shí)就堅定的表示：“摩爾定律不會(huì )永遠有效，但如果良好的工程技術(shù)得到應用，那么摩爾定律仍可以堅持 5到 10 年時(shí)間?！?/p>

對此持不同意見(jiàn)的是英偉達CEO黃仁勛先生，他曾在多個(gè)場(chǎng)合公開(kāi)表示“摩爾定律已經(jīng)結束”這一觀(guān)點(diǎn)。他指出，摩爾定律過(guò)去是每 5 年增長(cháng) 10 倍，每 10 年增長(cháng) 100 倍。而如今，摩爾定律每年只能增長(cháng)幾個(gè)百分點(diǎn)，每 10 年可能只有 2 倍。因此，摩爾定律結束了。但是筆者想說(shuō)的是，不論半導體行業(yè)摩爾定律失效與否，其影響已經(jīng)滲透到了大部分信息技術(shù)行業(yè)。

有源源不斷各種“類(lèi)摩爾定律”被提出，就比如，推出了ChatGPT的OpenAI，其首席執行官Sam Altman，最近提出了“一個(gè)新版本摩爾定律”：“宇宙中的智能數量將在每18 個(gè)月后翻一番?！?/p>

甚至在量子領(lǐng)域，摩爾定律也被延續了下去，IBM 在 2019 年提出，量子計算機實(shí)現的量子體積，將每年增加一倍。

總結來(lái)說(shuō)，摩爾定律失效與否，筆者認為并不重要，摩爾定律最大的意義是鞭策科技前進(jìn)，讓無(wú)數科技公司愿意攀登無(wú)人登頂的科技巔峰。有了戈登·摩爾的珠玉在前，無(wú)數行業(yè)誕生了自己的摩爾定律，這才是重要的事兒：為行業(yè)提供升級的動(dòng)力。戈登·摩爾一生追求創(chuàng )新、對科技的進(jìn)步永葆熱情，這影響著(zhù)硅谷乃至全世界的科學(xué)家和工程師，并在無(wú)形之中指導著(zhù)他們的思想和行動(dòng)。在筆者看來(lái)，這才是他留給世人最重要的貢獻。