傳統芯片方法論，走向窮圖末路
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來(lái)源：內容由半導體行業(yè)觀(guān)察（ID：icbank）編譯自華爾街日報，謝謝。
摩爾定律不是一個(gè)實(shí)際的自然法則，但這個(gè)幾十年前做出的大膽聲明已經(jīng)預言了技術(shù)的令人眼花繚亂的進(jìn)步。但現在它快要動(dòng)搖了。從汽車(chē)到智能手機再到我們的公用事業(yè)，為我們周?chē)囊磺刑峁﹦?dòng)力的業(yè)務(wù)也面臨著(zhù)一場(chǎng)清算。
在半導體技術(shù)發(fā)展的早期， 英特爾聯(lián)合創(chuàng )始人戈登·摩爾（Gordon Moore）假設集成電路上的組件數量每年都會(huì )翻一番。這個(gè)來(lái)自1965 年的預測，現在被稱(chēng)為摩爾定律，后來(lái)被修改為晶體管數量大約每?jì)赡攴环?。幾十年?lái)，隨著(zhù)芯片行業(yè)推出了曾經(jīng)難以想象的設備，然后不斷地自我提升，進(jìn)步已經(jīng)取得了進(jìn)展。
例如， 蘋(píng)果為其高端筆記本電腦提供動(dòng)力的M1 Max 芯片擁有令人難以置信的 570 億個(gè)晶體管。技術(shù)不斷進(jìn)步以縮小芯片的尺寸：數以萬(wàn)計的晶體管可以容納在不比人類(lèi)頭發(fā)寬的區域中。較小的晶體管也更快、更便宜，使計算能力呈指數級增長(cháng)并提高了生產(chǎn)力?，F在，你口袋里的智能手機比 50 多年前幫助人類(lèi)登上月球的大型計算機功能更強大，而且成本只是其中的一小部分。
多年來(lái)，許多人為這項定律寫(xiě)了訃告，但芯片制造商已經(jīng)推動(dòng)了技術(shù)的發(fā)展，尋找新的方法來(lái)增加計算能力。最新的例子之一是極紫外光刻（EUV）技術(shù)，該技術(shù)使用較短波長(cháng)的光在芯片上蝕刻超精細特征。荷蘭公司 ASML 是唯一一家為芯片制造商制造 EUV 機器的公司。每個(gè)成本約為 1.5 億美元，但隨著(zhù)世界爭相增加產(chǎn)能，制造商積壓了大量訂單。
但隨著(zhù)晶體管尺寸現在接近原子水平，它似乎不可避免地很快就會(huì )達到一些物理極限。晶體管之間的距離現在以幾十納米為單位。一納米大約是5個(gè)硅原子寬。
甚至在物理定律最終結束摩爾先生 57 年前預測的趨勢之前，經(jīng)濟定律可能就會(huì )結束。制造最先進(jìn)芯片的成本已經(jīng)飆升，并且隨著(zhù)技術(shù)的每次迭代而變得更加昂貴。
“Moore's Law可能會(huì )繼續下去，但在經(jīng)濟上根本就不行，”出版半導體時(shí)事通訊的行業(yè)分析師 Douglas O'Laughlin 說(shuō)。
每一代新芯片——稱(chēng)為工藝節點(diǎn)——都需要更多的步驟。這意味著(zhù)由于涉及數千個(gè)復雜步驟的過(guò)程中出現錯誤的可能性更高，因此良率會(huì )降低。幾十年來(lái)，每個(gè)晶體管的成本已經(jīng)停止下降，甚至還在上升。
這也意味著(zhù)建造一個(gè)領(lǐng)先的制造廠(chǎng)的成本可能遠遠超過(guò) 100 億美元——除了那些財力雄厚的公司之外，這對所有公司來(lái)說(shuō)都太貴了。目前只有三個(gè)正在嘗試。全球最大的合同半導體制造商臺積電計劃今年的資本支出為 400 億至 440 億美元。韓國 三星電子 計劃投資 170 億美元在德克薩斯州泰勒建立芯片制造廠(chǎng)。摩爾先生共同創(chuàng )立的公司英特爾將在俄亥俄州建造兩家芯片廠(chǎng)，初期投資為 200 億美元。
但也許摩爾定律不再是思考進(jìn)一步發(fā)展的正確方法。因為方法不止一種。例如，設計人員可以使芯片更適合他們的任務(wù)。蘋(píng)果通過(guò)為 iPhone、iPad 和最近的 Mac 電腦設計自己的處理器來(lái)證明這一點(diǎn)——在后者中取代了英特爾的處理器。與現成的芯片相比，定制芯片可以更好地利用設備的計算能力，尤其是當它們由像蘋(píng)果這樣也控制設備軟件的公司制造時(shí)。
芯片制造商還可以使用“Chiplet”方法，該方法有效地縮小處理器的一部分，并將這些Chiplet與內存和其他組件封裝在一起，這種方式制造的成本較低，但仍能提高整體性能。
SemiAnalysis 首席分析師迪倫·帕特爾 (Dylan Patel) 表示：“現在工藝技術(shù)中有一個(gè)金發(fā)姑娘區，不同的節點(diǎn)實(shí)際上更適合不同的拼圖?！?“縮小整個(gè)芯片或將所有東西放在最先進(jìn)的節點(diǎn)上實(shí)際上會(huì )花費更多，并不一定意味著(zhù)更好的性能和功率?！?/span>
使用氮化鎵等新材料來(lái)代替硅可能是一種以更低成本繼續封裝更多晶體管的方法。另一個(gè)可能的候選者是碳納米管——由石墨烯制成的管狀結構，直徑僅為納米。
稱(chēng)某事為“定律”，聽(tīng)起來(lái)是一成不變的。摩爾先生的預測更像是一個(gè)預言——一個(gè)自我實(shí)現的行業(yè)參與者竭盡全力努力實(shí)現自己的目標。這并不意味著(zhù)幾十年前看起來(lái)很神奇的現在常規設備在 20 年后仍將代表尖端技術(shù)。事后看來(lái)，進(jìn)展速度可能不那么令人難以置信。
定律的狹義定義——晶體管密度有規律地翻倍——可能無(wú)法繼續下去，但人類(lèi)的聰明才智是無(wú)止境的。
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