摩尔定律到底死没死？英特尔、英伟达为何各执一词？

电子工程世界 2022-09-30 07:31

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作为半导体行业的黄金定律，摩尔定律一直指导着芯片开发。但是，随着芯片工艺的升级速度放缓，这一定律正受到质疑。

摩尔定律由英特尔联合创始人戈登·摩尔（Gordon Moore）在上世纪60年代提出，逐渐演变为芯片行业的技术箴言：集成电路上可以容纳的晶体管数目在大约每经过18个月到24个月便会增加一倍。换言之，处理器的性能大约每两年翻一倍，计算成本呈指数型下降。

从行业角度来看，业界一直遵循这一定律，并按前一代制程的0.7倍对新制程节点命名，这种线性升级正好带来晶体管集成密度翻番。因此，出现了90纳米、65纳米、45纳米、32纳米——每一代制程节点都能在给定面积上，容纳比前一代多一倍的晶体管。

这种对先进制程的追逐也极大推动了计算产业的发展，从而孕育出了高速度的互联网、智能手机和现在的车联网、智能冰箱和自动调温器等。

但随着技术的发展，随着工艺从微米级到纳米级，同样小的空间里集成越来越多的硅电路，产生的热量却越来越大，摩尔定律所推崇的“两年处理能力加倍”的实现开始变得乏力。

在业内看来，不断逼近物理极限的晶体管加工早已让现有的光刻技术“不堪重负”，CPU晶体管和能量大幅上升导致应用性能只有小幅增长，登纳德缩放效应——随着晶体管尺寸的缩小，其功率密度保持不变，从而使芯片功率与芯片面积成正比也遇到了元件物理的瓶颈。此外，摩尔定律质疑声中最大的“噪音”来自于技术与成本的平衡。目前，两家最重要的美国半导体公司英特尔、英伟达，对芯片的发展速度和摩尔定律是否仍然适用产生了分歧。

基辛格认为摩尔定律依旧有效

英特尔CEO帕特·基辛格(Pat Gelsinger)周二在一场公司发布会上表示，摩尔定律“依然有效”。但是，英伟达联合创始人兼CEO黄仁勋(Jensen Huang)上周则表示，摩尔定律已死。

“蛮力加晶体管的方法和摩尔定律的进步基本上已经走到了尽头。”黄仁勋上周在发布新产品时对投资者表示。

英伟达对算力需求暴增的回答不是摩尔定律，而是被称之为“加速计算”的概念。在黄仁勋的愿景中，AI 等常用应用程序在专门优化的处理器上快速运行。“展望未来，继续在摩尔定律的价格性能曲线上行进的机会已经结束，”黄仁勋上周表示。“如果你希望实现更大规模的计算，并保证效率，在近 15 年追求加速计算之后，我认为从广义上讲，智能加速计算是前进的道路。”

这一分歧突显出了英特尔与其他美国半导体公司之间的策略差异。英特尔已承诺继续自主生产其部分芯片，而英伟达等公司则主要依赖美国以外的第三方代工厂制造芯片。

多年来，英特尔一直是半导体制造技术的领导者，一直在生产世界上晶体管密度最大的芯片。但是近年来，英特尔已被台积电和三星超越，后者目前可以生产包含5纳米晶体管的处理器，而英特尔仍停留在10纳米和7纳米技术上。

在基辛格上任后，英特尔的核心公司目标之一是重回“性能领先”的地位，这意味着英特尔的芯片需要与第三方代工厂生产的芯片一样快速和高效。英特尔希望在4年内提高5个“节点”的生产能力，也就是5种晶体管尺寸，以迎头赶上。一般来说，引入一个包含更小晶体管的新节点通常需要两年时间。

因此，英特尔需要摩尔定律继续存在，因为该公司仍在积极尝试在单个芯片上塞入更多晶体管。但是，晶体管的尺寸有它的限制，当晶体管小到一定程度时，它就会遇到物理问题。在周二的发布会上，基辛格把这一时刻称之为“清算日”。

基辛格表示，英特尔正致力于推进制造工艺的进步，例如采用新的光刻技术和RibbonFET架构，这能够让公司在每个芯片上继续塞进更多的晶体管，即使它们变得足够小，小到可以用埃(0.1纳米)单位来测量。

“我们希望从今天的单个封装上容纳大约1000亿个晶体管开始，到这个十年结束时实现在单个封装中加入一万亿个晶体管，”基辛格说，“我们正在按计划推进。”

在英特尔看来，摩尔定律已经“被失效”了很多次，但每一次都能在关键技术上实现突破，延续摩尔定律。“在现在这个时候，第一需要整个产业链一起配合，微缩工艺要提升，需要光刻机，需要把它提升到能更精细地刻画这些特征尺寸的层级。”英特尔中国研究院院长宋继强表示，摩尔定律的进展不是一家之力，但是如果大家都相信摩尔定律，它仍然能够以一定的节奏延续下去，仍然会不断有新的技术涌现出来。即使在现在CMOS工艺下，也还是可以推进到2纳米以下。

Counterpoint分析师布雷迪（Brady）表示，从行业发展趋势来看，未来5年内摩尔定律仍然会持续。“但现在最大的问题在于需求部分的增长，未来市场是否仍然存在这么多小而快的产品需求，手机需求下降时，汽车、物联网设备能否成为新技术的出海口，这是最紧迫的问题，也是企业投入先进技术的最大动力。”

英伟达抛弃摩尔定律

相比之下，英伟达最新的处理器由台积电生产，后者目前拥有最先进的半导体制造技术，是全球最大的芯片制造商。英伟达设计芯片，但不太担心制造方面的问题。

对于制造更小晶体管面临的工程挑战，英伟达的解决方案不是摩尔定律，而是黄仁勋所称的“加速计算”概念。按照他的设想，像人工智能这样的密集型应用可以在最好处理这些任务的特定处理器上运行，这就是英伟达开发的图形处理器。换句话说，行业对英特尔专长的需求减少了。

"展望未来，继续利用摩尔定律性价比曲线的机会已经结束，" 黄仁勋表示，“所以，如果你想以一种划算的方式进行大规模计算，经过15年到接近20年对加速计算的追求，我认为可以概括地说，加速计算才是真正的前进道路，这几乎会成为传统看法。”

来源：凤凰网、第一财经等网络内容综合