和時(shí)間旅行者討論半導體

五一前的黃浦江旁，春風(fēng)拂面。

太陽(yáng)懶懶地照在窗上，濱江道上的歌手正賣(mài)力地唱著(zhù)情歌。我坐在星巴克的皮椅上，緊張地盯著(zhù)眼前的馥芮白。

“您是金先生嗎？”，聲音翩若驚鴻。

Emma是一位技術(shù)專(zhuān)家，剛從2035年回來(lái)。她身著(zhù)一件沒(méi)有任何字的灰色T恤，頭發(fā)自然地垂到肩上，看不出一絲疲憊。

“記得我們的約定吧？不可以問(wèn)未來(lái)發(fā)生的事情，只可以聊聊邏輯?！?Emma說(shuō)道。

我點(diǎn)點(diǎn)頭，打開(kāi)手機上早已準備好的問(wèn)題提綱。

問(wèn)答環(huán)節：

金捷幡：我們現在是2021年，人們對摩爾定律的發(fā)展充滿(mǎn)不確定性，你能講講嗎？

Emma：人類(lèi)對物理極限的認識還非常幼稚，定義摩爾定律終點(diǎn)的想法過(guò)于一根筋。況且目前10nm、7nm和5nm等定義和物理尺寸無(wú)關(guān)，只是簡(jiǎn)單粗暴地每次乘以0.7而已。

Emma：摩爾定律從來(lái)不是關(guān)于線(xiàn)寬的，而是關(guān)于密度的。如果以封裝好的芯片單位投影面積計算晶體管數量，再翻很多倍都很容易吧？還有看看現在的3D NAND。邏輯芯片也顯然可以3D化，只是你們技術(shù)還落后而已。

金捷幡：有一種論點(diǎn)叫“死亡經(jīng)濟學(xué)”，就是技術(shù)的金錢(qián)門(mén)檻大到一定程度后，就不可能繼續下去了。

Emma：人類(lèi)的信息革命其實(shí)才剛剛開(kāi)始，你根本想象不到你們未來(lái)對算力和存儲的需求會(huì )大到何種程度。

Emma：清朝辛丑條約賠的4億兩銀子連陸家嘴“三件套”都不夠建。錢(qián)不是需要操心的事情。

金捷幡：好吧，我還是問(wèn)點(diǎn)實(shí)際問(wèn)題吧?，F在碳納米管在實(shí)驗室表現還不錯，是不是會(huì )成為3nm以下技術(shù)的支柱呢？

Emma：我不能告訴你結果。碳納米管需要另外制備，比如把石墨烯卷成小管子，精準沉積到光刻后的硅片上。你們最先進(jìn)的原子層沉積High K材料，在碳納米管也不適用了。你們還需要海量的新技術(shù)設備，而大馬士革工藝用了幾十年都煩了吧。

金捷幡：明白了，似乎這條路太艱難。3D SoC好像更容易點(diǎn)吧？

Emma：目前人類(lèi)的芯片技術(shù)，在均衡上存在比較嚴重的問(wèn)題。主流內存幾十年沒(méi)什么大進(jìn)步，馮諾伊曼架構又要求內存和計算分離，DRAM的帶寬、速度和功耗都差到姥姥家了。算力的倍增也未必一定需要靠堆晶體管的，架構是個(gè)核心點(diǎn)。

Emma: 人腦的算力和存儲究其根源，能量也是通過(guò)植物和動(dòng)物食物來(lái)源的太陽(yáng)能。你看看一天只要吃幾片面包，人腦實(shí)時(shí)圖像處理能力就比你200TOPS的最強算力芯片還厲害。

金捷幡：唉，所有人都知道DRAM的問(wèn)題，但每一次它都會(huì )戰勝所有對手?，F在DRAM的功耗在很多系統都超過(guò)CPU了，速度還那么慢。

Emma：3D SoC比如HBM可以解決部分帶寬問(wèn)題和部分芯片尺寸問(wèn)題，也許你們中期可以解決散熱和成本等麻煩，但長(cháng)期看內存速度的瓶頸仍然是人類(lèi)要解決的問(wèn)題。

Emma：人類(lèi)和各種IoT每天產(chǎn)生的數據量將迅速超過(guò)你們現有的處理能力，機器學(xué)習和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )將不可避免地推進(jìn)內存內計算和新式內存的應用。

金捷幡：新式內存是指MRAM、RRAM和PCRAM等內存嗎？我知道FRAM因為讀寫(xiě)速度和功耗等優(yōu)勢已經(jīng)廣泛引入電表等IoT領(lǐng)域。

Emma：我不能告訴你結果，并不說(shuō)DRAM會(huì )被取代，你們需要摸索的地方還太多了。另外，3D SoC還包括GPU、NPU和FPGA等集成到一起，但人類(lèi)還沒(méi)有搞明白處理能力和架構之間的關(guān)系。

金捷幡：怪不得Nvidia要收ARM，AMD要收Xlinx，Intel收了Altera。他們是要在數據中心掀起一場(chǎng)XPU大戰吧？

Emma：不光數據中心，你們所謂的邊緣計算需求也很大呀。數據形成的電子流動(dòng)消耗了大量的能源，在網(wǎng)絡(luò )里、在主板上、甚至在總線(xiàn)里最多。

Emma：你們終將明白，傳統通用CPU和馮諾伊曼架構是代價(jià)高昂。不過(guò)你們的程序員還沒(méi)有意識到在新的復合架構模式下新的編程方式應該是什么樣的。

金捷幡：嗯，聽(tīng)起來(lái)考計算機系在未來(lái)幾十年仍然有不錯的前景。我們回到半導體制造的環(huán)節，High NA的EUV光刻機快出產(chǎn)了，但我覺(jué)得應該先用多次EUV曝光不是更經(jīng)濟嗎？

Emma：你的邏輯有道理，低NA EUV兩次或四次曝光在技術(shù)上更順理成章。高NA如果從2nm開(kāi)始啟用，在光刻膠、mask、metal沉積等都有大量技術(shù)問(wèn)題要同步解決。

Emma：另外，其實(shí)NA=0.55應該叫Middle NA，NA=0.75叫High NA才合適哦。只是焦深會(huì )更短，晶圓臺和Mask移動(dòng)的精準度量級則更高。

金捷幡：似乎學(xué)機械也可以煥發(fā)青春呢。我聽(tīng)說(shuō)ASML對晶圓臺啟動(dòng)移動(dòng)的瞬間光子的浪費都感到可惜，因為EUV射線(xiàn)太寶貴了。為了保證產(chǎn)能，他們必須和時(shí)間賽跑，盡可能提高晶圓的移動(dòng)速度，但臺面飛快地加速和減速時(shí)，還不能產(chǎn)生一絲震動(dòng)。

Emma：對，這是值得敬佩的。另外深度學(xué)習技術(shù)的輔助可以幫助工程師們補償提高成像質(zhì)量，如同你們現在的手機可以用計算攝影，ps月亮的技術(shù)也可以用于修正曝光線(xiàn)條。

金捷幡：這個(gè)蠻有意思的，這樣的話(huà)似乎摩爾定律未來(lái)十年的瓶頸完全不在光刻上了。我想再問(wèn)個(gè)相關(guān)問(wèn)題，關(guān)于數字貨幣的未來(lái)是怎么樣的？

Emma：這個(gè)問(wèn)題有點(diǎn)不該問(wèn)哦。我只能說(shuō)，信用法幣發(fā)行量大了以后，自然會(huì )流到各個(gè)地方去。超發(fā)的貨幣不一定引起大的通貨膨脹，它們可以流到新產(chǎn)生或者新資產(chǎn)化的東西上。不同的數字貨幣就像不同的股****或收藏品一樣，總有不同階層的受眾。

Emma：金融食物鏈上最高的捕食者，永遠是把別人的東西借給別人來(lái)低風(fēng)險套利。底層的人們在解決了溫飽以后，總會(huì )把多余的錢(qián)****一下命運，試圖提升階層。

Emma：但他們實(shí)際上只是數據源，數據處理者永遠是上層。人們的存款會(huì )被貸給別人，買(mǎi)的股****甚至數字貨幣會(huì )被借給別人，他們承擔了所有的風(fēng)險，但只有少數人能完成躍升，因為大部分利潤還是捕食者拿走了。

金捷幡：這個(gè)結論蠻讓人焦慮的，我們這兒的手機總是跳出個(gè)假紅包或者引誘用戶(hù)選小貸付款，做這些APP的人早都已經(jīng)是百億富豪。

金捷幡：

再問(wèn)個(gè)開(kāi)心點(diǎn)的問(wèn)題吧。我最近玩了Pico的NEO和Oculus的Quest2，很喜歡。雖然因為歲數大了很久不玩游戲，但現在VR上手好容易而且游戲個(gè)個(gè)是精品，看電影效果也不錯。另外沉浸的感覺(jué)和傳統游戲機真的區別巨大，太刺激了。以后VR會(huì )成為一個(gè)巨大的產(chǎn)業(yè)嗎？

Emma：你又想探口風(fēng)買(mǎi)不買(mǎi)FB股****吧？我不能告訴你答案。VR確實(shí)可以讓人類(lèi)的宅家生活翻天覆地，AR也可以在工業(yè)界大顯神威。但關(guān)鍵的問(wèn)題要問(wèn)你自己，人類(lèi)是否將變得越來(lái)越不喜歡出門(mén)。

Emma：在解決了8K、16K視頻的帶寬問(wèn)題后，人們都沒(méi)必要去電影院了，套上眼鏡就可以有和影院一樣的觀(guān)感甚至體感。解決了32K、64K視頻帶寬問(wèn)題后，連旅游都沒(méi)必要了，套上VR眼鏡想身處哪個(gè)國家哪個(gè)地點(diǎn)都行，在火星上也行。

金捷幡：不知道為什么，這聽(tīng)起來(lái)并不美好哦。假如人們不愛(ài)出門(mén)了，那特斯拉會(huì )變成世界銷(xiāo)量第一的汽車(chē)公司嗎？

Emma：很抱歉，我不能說(shuō)。今天的會(huì )面該結束了，我已經(jīng)感覺(jué)到希爾伯特空間的擾動(dòng)。

金捷幡：我想最后再問(wèn)下：人類(lèi)能戰勝新冠病毒嗎？未來(lái)的世界是變得更好還是更壞了？

Emma笑了笑說(shuō)，反正會(huì )和你想象的不大一樣。