孙永杰:谁在加速摩尔定律的终结?

就在几天前,摩尔定律迎来其50岁的生日,相信业内相当的人和我们一样,如果不是其时值50周年,摩尔定律似乎已被淡忘,至少在相关报道中,包括始终以摩尔定律为标准引领产业创新和发展的英特尔也是如此,而有关摩尔定律是否面临终结的说法也是不绝于耳。其实任何一个定律都有它的适用性和生命周期,基于此,我们认为对于摩尔定律是否终结的讨论严格意义讲是个伪命题,所以我们在此想讨论或者说业内忽略的是,摩尔定律为何会在过去和未来加速终结。

业内知道,摩尔定律再业内有很多不同版本,大意是每十八个月(有一说法是两年),半导体的功能会翻增两倍,或同一大小芯片能放两倍的运算单元,相同的成本能获得两倍的运算能力。摩尔定律并不是物理定律,只是戈登·摩尔(Gordon Moore)对科技行业的观察,因为科技公司竞争激烈,要在行业中生存,只有不断研究创新,抢先推出比对手更快更好的产品,于是摩尔定律成为自我实现的预言。从这个定律的内容可以看出,从主观上讲,技术和成本(经济性)是决定摩尔定律能否延续的关键。但就像业内一直争论的是,技术受限于相关半导体材料本身特质等因素(就是业内探讨的物理极限)的影响研发和制造难度会越来越大,除非未来发现更新的可替代传统半导体的材料。

其实关键的问题不在这里,因为除了技术上的瓶颈,更大的阻碍是其成本或者说是经济性。业内知道,每一代芯片工厂造价越来越贵,例如英特尔最新的14nm芯片工厂造价在50亿美元左右。未来除了英特尔,台积电,三星等少数业界巨头,恐怕没有几家企业有财力兴建10nm以下的芯片工厂。之前推出一代新的芯片技术,都令芯片的计算成本下降,所以相关企业也乐于投放资源于新一代技术。下降趋势在28nm到22nm节点时就已经出现,22nm的成本与28nm大抵相同,而14nm的成本预计会不跌反升。如此一来,相关企业因成本考虑,选择停留在28nm或22nm技术,少了分摊14nm的开发成本,间接让14nm芯片的造价更加昂贵,而这个问题在10nm只会更严重。之前的IBM便是主要因为成本问题,把芯片工厂卖掉,退出了半导体制造行业。

如果联系上述28nm到22nm节点出现下降的趋势及英特尔2008年底发布Nehalem架构之后,处理器的性能提升也同时放缓,且从2009年至2012年,桌面电脑每年的性能仅提升10%,而笔记本每年的性能仅提升16%,远低于以往的每年60%的提升率的事实,不知业内是否注意到,这个时间段是以智能手机和平板电脑诞生和开始爆发性增长的阶段,与此同时,传统PC产业(摩尔定律体现最充分的产业)则开始出现下滑。那么问题来了,在这个时间段,究竟是什么原因导致业内没有按照摩尔定律的规律前行,甚至出现了减缓?

众所周知,过去和现在,传统PC产业一直是英特尔营收和利润的主要来源,但由于以智能手机和平板电脑为代表的移动互联网的兴起和发展,客观上导致市场对于传统PC需求的疲软,也就是间接延长了更换PC的周期,与此同时,英特尔开始加码移动市场,而移动市场需求的场景又不是以芯片的性能为主,所以尽管英特尔打着性能优于对手(例如ARM架构)的旗号,但始终未能获得业内和市场的认可,却花费了大量的资金。例如仅在去年,英特尔与智能手机和平板电脑相关的移动部门就亏损了近40亿美元,如果计算其前几年在移动芯片市场的投入,其损失已达百亿美元。这些无疑让英特尔保持摩尔定律的发展节奏从经济性上看变得很不划算。所以从这个角度看,我们认为,英特尔是刻意在延缓摩尔定律的发展。毕竟支撑自己核心业务的PC疲软,移动市场大量赔钱且又难以立足,一味地去延续摩尔定律既没有市场价值也没有商业利益。

与此同时,传统PC产业中的微软也开始将重心转移至以智能手机和平板电脑为代表的移动互联网市场,并最终导致业内所言的Wintel的“解体”。当然,我们这里所说的解体,并非是指在双方在PC产业分道扬镳,因为直到今天,在PC产业中,Wintel仍是最佳的组合,但其互动、互促的作用已经大大减弱。熟悉PC的业内知道,之前英特尔和微软每每发布新的芯片或者操作系统,都会带动PC市场的升级,双方达成了一致的默契。但由于移动市场的发展,微软与英特尔一样面临在移动市场的尴尬和拓展,而为了维持在PC市场的增长,微软不得不降低自身操作系统对于硬件本身的要求,即新的操作系统的推出,不再像以往那样需要新的芯片支持的新的PC,这无疑对于英特尔又是个间接的打击,直至今天,微软已经将最新的Windows10免费,更是让市场对于更换PC的动力大降。

综上所述,如果说技术和经济性本身是摩尔定律本身未来可能面临的延续的主观因素,那么作为一直推动摩尔定律前行的英特尔,在移动大潮来临之时,传统PC产业中的Wintel出于市场竞争和商业利益的考虑,都有意或无意间从客观的角度在加速摩尔定律的终结。

文/孙永杰  只聊与IT有关的事,偶尔闲扯,微信公号techplus2013

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2 Responses

  1. 互联网思维说道:

    其实任何一个定律都有它的适用性和生命周期,基于此,我们认为对于摩尔定律是否终结的讨论严格意义讲是个伪命题,所以我们在此想讨论或者说业内忽略的是,摩尔定律为何会在过去和未来加速终结。

  2. 摩尔定律尽头的计算科学——理解未来第30期开讲说道:

    从上世纪60年代以来一直被IT 行业推崇为“圣经”并依赖其发展的摩尔定律正在走向终结。在摩尔定律步入夕阳时刻的半导体行业将何去何从?本期理解未来系列讲座邀请到全球公认的计算机领域最优秀的学者之一,美国加州大学计算机系校长讲席教授丛京生先生,从专业的角度向公众讲述了摩尔定律的起源、发展、巅峰时刻以及在如今的“终结”时代,半导体行业应该怎样以什么样的心态来迎接这个必然现象,又该如何积极应对随之而来的机遇和挑战?

    (丛京生教授)

    此次讲座中,丛京生教授以计算机是怎么工作的为出发点,回顾了电子计算辉煌的发展历史。从图灵开始代替人类做计算的工作,到发现电子,再到使用电子开关的ENIAC问世。接下来,丛教授介绍了摩尔定律以及摩尔定律在计算机上的应用。他指出,摩尔定律预示着每两年微处理器的晶体管数量都将加倍——意味着芯片的处理能力也加倍。这种指数级的增长,促使计算机到更先进、轻便、小巧的机器的转化,然后又孕育出了高速度的互联网、智能手机和现在的更互联、更智能的应用。

    (丛京生教授)

    在以创新著称的计算机行业,随着芯片制造商的电路精度的越来越高,能容纳的原子数量越来越少,遵循了几十年的以摩尔定律为中心的行业研究规划蓝图将面临必要的改变。全球半导体行业不再基于每两年实现性能翻倍的概念来制定硅芯片研发计划,原因就是无力承担跟上性能提升步伐所需购买的超复杂制造工具和工艺成本。此外,当前的制造技术可能无法再像原来那样大幅度缩小硅晶体管。

    (丛京生教授)

    丛教授紧接着向大家介绍了在摩尔定律失效的当下,计算行业迎来了新时代。他认为:晶体管数量以及芯片的处理能力将会不在局限于在摩尔定律的设定中,呈倍数的阶梯级增长,而是可以定制的架构。再者,3D技术、神经形态的计算和量子计算的加入也会给这个新的时代注入新的血液。

    在接下来的对话环节中,华创资本合伙人、未来论坛青年理事熊伟铭先生主持了对话。并和中国科学院计算技术研究所研究员徐志伟,清华大学微电子与纳电子学系主任、微电子学研究所所长魏少军,联想集团副总裁黄莹以及发表主旨演讲的丛京生教授一起探讨了在摩尔定律失效后的计算科学发展方向,以及还能有什么方法能够让计算性能持续增长。对于摩尔定律的理解,徐志伟觉得技术发展绝对不像我们想象的过程,其应用范围要跳出自身原先的思考维度,“可能我们对摩尔定律的理解要放宽一点,因为我们业界之外的人也都在广泛引用摩尔定律,比如做大数据的也会说每18个月数据会翻一番。”

    (华创资本合伙人、未来论坛青年理事熊伟铭)

    (左起:熊伟铭,丛京生,徐志伟,魏少军和黄莹)

    在数据指数增长的时代,对计算的要求只会越来越高,应用也会越来越广,魏少军也指出未来计算是无处不在的,“这是一个大的前提,其实这个地方讲到计算是广义的计算。第二个,应用的多样化也是一个重要的趋势,毫无疑问,以人工智能来看,我们看到互联网企业走的比较靠前。”同时,联想集团副总裁黄莹也觉得应用和计算能力两个是相辅相成的,并举例说“比如5G出来以后,不管它最终的结果如何,都会对通讯速度有1000倍的提升,它也会把很多设备之间的互联做很好的交互。”熊伟铭说,技术几千年都在演进,从宏观的角度我们都在一步步往前走,只是每一个阶段遇到特定的环境,我们可能遇到的机会是不一样的。摩尔定律的尽头,各位嘉宾给出的答案各有想法,但其中看准的都是未来更多的新机遇。

    (丛京生和徐志伟)

    最后,清华大学法学院郑裕彤讲席教授,未来论坛咨询委员会委员高西庆老师发表了总结陈词并向每位发言嘉宾颁发了证书。

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