在屡被误用和质疑中,摩尔定律成为集成电路行业第一定律|一周产业评论

原创 TechSugar 2023-03-27 08:00


戈登·摩尔(Gordon Moore)成功预测过很多数十年后才会出现的技术或产品,但是他当时一定没有预测到,让他奠定江湖地位的“摩尔定律”,最流行的那个版本其实并不是由他本人提出来的。谬误流传如此之广,以至于在1997年的一次采访中,摩尔不得不公开解释,他从来没有说过芯片的晶体管数量“每18个月增加一倍”。


所以如果谈到摩尔定律时,有人上来就说“每18个月”或者“每18个月至24个月”,那么基本可以断定,这个人没有看过“摩尔定律”原文。


图源:computerhistory.org


在那篇著名的提出后来被命名为“摩尔定律”核心思想的文章中,根据集成电路集成度指数式增长的特点,摩尔预测了家用电脑、手机和自动驾驶技术的出现,并提出了第一版“摩尔定律”,即单芯片集成晶体管数量每年翻一番。这篇文章,就是摩尔在1965年4月19日发表在《电子学(Electronics)》期刊上的《把更多元件整到集成电路里去(Cramming more components onto integrated circuits)》。


图源:截取自文章Cramming more components onto integrated circuits


第一版摩尔定律预测到了1975年,现实的结果几乎完美契合了戈登·摩尔的预测。但随着晶体管微缩技术跨入新阶段,晶圆制造工艺从1961年最开始的约25微米进化到1975年的5微米,数字芯片集成晶体管数量翻倍的速度开始下降,于是摩尔在1975年修正了自己的预测。


在当年的IEEE国际电子元件大会(Intelnational Electroon Devices Meeting,简称IEDM)上,摩尔发表了题为《数字集成电路进展(Progress in Digital Integrated Electronics)》的文章,将晶体管集成数量由每年翻倍,修改为每两年翻倍,这次摩尔预测的周期还是十年。

图源:截取自文章Progress in Digital Integrated Electronics


十年以后,摩尔没有再对“摩尔定律”做出修正。但在业界努力下,数字集成电路的集成度和单晶体管成本在之后的二三十年中基本还在按照摩尔的预测向前发展,因此“摩尔定律”在业内越发受到重视。


对此一开始摩尔还不适应,他在2015年接受《纽约时报》专栏记者托马斯·弗里德曼(Thomas Loren Friedma)专访时说:“前二十年,我一直无法把“摩尔定律”这几个字说出口——这太尴尬了,它并不是什么定律。现在我终于习以为常,可以面不改色心不跳地提到它。”


但随着“摩尔定律”知名度上升,噪音也就出来了,“18个月”的说法开始出现。具体谁提出的“18个月”已不太可靠,根据Wiki的说法,18个月晶体管数量翻番的提法是时任英特尔副总裁的大卫·豪斯(David House)提出来的,都是一家人,大概摩尔也不好意思指出18个月不算摩尔定律。


18个月提法流传之广甚至超越了戈登·摩尔版的“摩尔定律”,一个例子就是如今行业红人、OpenAI首席执行官山姆·奥特曼(Sam Altman)今年2月份在社交媒体称,一个全新的摩尔定律可能很快就会出现,即宇宙中的智能数量每18个月翻一番。连美国人都用“18”,我原来以为只是中国人对“18”有所偏好,所以更倾向于讲18个月翻番,看起来摩尔的同胞也不认他的摩尔定律了。


这个数字显然给摩尔造成了困扰,所以他还是不得不对外公开确认,自己从来没有“18个月晶体管数量或计算机性能翻番”的提法。


把时间拉长,18或者24个月晶体管数量翻番,好像对产业发展的影响差距也不大,都是指数式增长,有必要做区分吗?当然有必要,以戈登·摩尔为代表的集成电路产业先驱,创造出的“0”、“1”世界的基础逻辑就是要数字准确,更何况18个月还是24个月意味着摩尔定律到底是什么时候“死”的。


1985年之后,摩尔并未再修正摩尔定律,没有把集成晶体管数量翻倍的时间再度加长,而英特尔至少将其执行到了2014年。英特尔著名的钟摆策略(Tick-Tock),即两年升级一代晶圆制造工艺,就是典型的沿着摩尔定律指引的方向在发展。


只不过后来英特尔在14纳米之后的节点遭遇问题,钟摆策略无法继续,因而“摩尔定律”已死的观点在这一阶段开始爆发,但回看历史,实际上每逢晶圆制造工艺遇到难题的时候,就有“摩尔定律”已死或将死的声音冒出来,


摩尔在2003年接受CNET记者迈克尔·卡内洛斯(Michael Kanellos)采访时就提到,最早行业里面认为1微米(1000纳米)是极限,摩尔说:“我记得,当时业内认为1微米就是极限了,因为这是当时光刻机所使用的波长相关。”


不过后来工程师将光刻机光源改为紫外光,从而于1986年突破1微米极限。其后业内又担心工艺会停止在0.25微米(250纳米),但工程师通过“打破物理定律”的方法再次突破极限,将工艺演进至0.25微米。


后来在90纳米、45纳米和22纳米等,都遭遇过原有技术路线继续向前走将撞墙的问题,这个时候摩尔定律将死的声音就开始躁动起来。国内亦是如此,某大型芯片设计公司前CEO在2019年曾经对媒体公开表示,他是第一个系统性宣布摩尔定律已经死亡的人,这一年是7年前的2012年。


不过很不幸,他既不是第一个宣布摩尔定律已死的人,也不会是最后一个宣布摩尔定律已死的人,只是那些看不懂摩尔定律背后主导规律的芸芸众生中的一个。摩尔定律死或者不死,都不妨碍摩尔和摩尔定律为半导体产业发展做出的巨大贡献。


不论是系统性宣布摩尔定律已死,还是那些“超越摩尔”、“深度摩尔”等提法,其实多数都在蹭摩尔定律热度而已,这些提法的出现,足以证明摩尔定律的伟大,证明摩尔定律已经成功出圈,成为非行业人士与专业人员都能交流的话题之一,证明摩尔定律是半导体行业第一定律,因而才有这么多提法来蹭热度。


传感器、第三代半导体等领域,其实通常并不符合摩尔定律指引的方向,这些技术不具备通过改进工艺可以指数式降低成本或者增加性能的基础,因而所谓“超越摩尔”只不过是把摩尔当做一个静止靶刻舟求剑而已。


芯片制造工艺确实越来越接近物理极限,摩尔定律也越来越磕磕绊绊,但其指引的指数式提高晶体管集成数量在数字芯片领域的脚步到现在仍未见到停止的迹象,哪怕真有一天两年翻倍不满足了,我们可以改成3年或者4年翻倍,这又有什么不可呢?既然不少人接受18个月的说法,既然摩尔自己也根据技术发展现实放慢了集成度翻倍速度,那么我们又为什么不能接受一个36个月翻番的摩尔定律,而非要判它死刑呢?


说到底,摩尔定律的本质到底是什么?在我看来,摩尔定律的本质就是普惠。通过集成电路技术进步与工艺迭代,指数式降低新技术使用成本,从业者卷研发、卷生产,卷到早生华发或者头发掉光,只为普罗大众提供用得起的新技术。


粗俗一点说,摩尔定律就是美国版的“得屌丝者得天下”,所以摩尔定律也有其残酷的一面,一旦企业跟不上摩尔定律指示的更新换代节奏,将会很快被市场淘汰,因为你的产品无论是性能还是价格,在市场上都将失去竞争力,你的产品没有竞争力,就将失去“民心”,失去“天下”。


下面这幅图表,列举了一些主要产品被美国市场接受的速度。可以看出,在集成电路诞生以后,新产品的市场接受窗口期被大大压缩了。当然,在互联网时代,也会诞生上线两个月后月活用户过亿的案例,技术与市场发展正在非线性加速。


图源:网络


当然,即使在集成电路领域,摩尔定律也不适合所有芯片。只是以数字电路为主的大型SoC和存储器等产品符合摩尔定律指引的方向,模拟、射频、传感器和小型数字类芯片,多数并没有两年性能翻番或者成本降低一半的压力,市场也不需要它们这样做,这样的市场,也不那么卷。如一位行业专家曾经表示,在没有摩尔定律的领域,一切都那么安静美好,汽车业就曾经如此。


图源:网络


不过,据说新造车势力已经开始按摩尔定律指引的方向卷起来了。而英伟达创始人黄仁勋还在给这个趋势火上浇油,这位也宣布过“摩尔定律已死”的芯片朋克,在呼吁整车厂以成本价销售汽车,然后通过软件赚取利润,这听起来是不是有点耳熟?


一周好消息


  • 友达:面板库存已回到健康水准,预期景气4、5月触底

  • TrendForce:预计二季度起面板驱动IC价格将逐渐回稳

  • IDC预估可穿戴设备今年开始反弹,出货量4.427亿台,同比增长6.3%

  • 南亚和华邦齐释乐观展望,存储半导体市场二季度或现转机

  • Canalys:预计2023年中国云服务支出将增长 12%


短评:


这一周积极的数据仍然偏少,但近几周也在面板等部分方向持续看到市场转好的信号。一位曾在手机芯片行业工作的受访者在这一周聊天时也表示,最近ODM厂商已经能看到一些单子了,不像之前三四个月,几乎没什么项目。去库存的压力虽大,但市场还是在努力恢复过程中。

一周坏消息


  • 中电熊猫6代线裁员波及千人,龙腾光电或接盘

  • 因市场对电脑设备需求下滑,罗技全球裁员约300人

  • SEMI:今年全球晶圆厂设备支出同比下降22%,预计2024年复苏

  • 传联想拯救者手机全线裁撤,仅保留摩托罗拉移动业务

  • 韩国3月前20天芯片出口同比下跌44.7%,对华出口下降36.2%


短评:


市场下行周期,我们看到的多数数字都比较悲观,一位芯片原厂负责人在这一周告诉我,当前市场哀鸿遍野,库存很难在三季度见底,主要还是需求端萎靡,很多厂商都面临芯片卖不动的情况。

重大产业动态


  • 英特尔和仙童半导体创始人之一,半导体产业先驱戈登·摩尔(Gordon Moore)于美国时间3月24日去世,享年94岁

  • 徐直军:华为已在芯片领域完成14nm以上EDA工具国产化 今年将完成全面验证

  • 英伟达推出cuLitho,与ASML、台积电和新思科技等合作,将计算光刻提速40倍

  • 赵伟国涉嫌职务犯罪被移送检察机关审查起诉

  • 东芝接受日本财团收购要约,交易规模约2万亿日元


短评:


“摩尔定律”提出者、半导体产业先驱、仙童半导体和英特尔公司创始人之一戈登·摩尔(Gordon Moore)去世,享年94岁。摩尔对半导体行业贡献极多,其最杰出的贡献未必是摩尔定律,但摩尔定律实在是名气太大,让摩尔成为半导体行业里面为数不多的“破圈者”。


不过誉满天下,谤亦随之,给摩尔定律“判死刑”的人从三四十年前就屡见不鲜,近年来不少人更是言必称摩尔定律已死,在这么强大的诅咒下,摩尔反而是硅谷“八叛逆”中活得最久的,超过了杰·拉斯特(Jay Last,1929-2021),虽然拉斯特先生名字看起来更长寿。

一周走访总结


这一周的主要行程在深圳,参加了OPPO新品发布会。当前手机市场不景气,各大厂商纷纷加大投入,在旗舰机上的比拼更是达到了白热化水准,OPPO Find 6X在拍照和通信性能上非常出色,我个人却更想知道OPPO自家AP上市之后新机该如何配置。


除了OPPO之外,在深圳还走访了一家SiC企业、一家IP企业和一个芯片设计公司,此外的重头活动就是参加在大印蓝海工作室组织的芯片极客沙龙。此次沙龙由芯片行业应用专家印宁华组织,现场共有20多人参加,虽然人不多,但覆盖了芯片原厂、方案公司、分销商和服务机构等方向,现场讨论氛围热烈,每个人都有发言的机会,大家也聊出了不少合作的可能,充分体现深圳人务实高效的作风。



今年我们也想在长三角举办类似规模的行业沙龙,人数限制在30人以内,话题限制在一到两个,主要目的是就某个行业话题进行深度交流,目前正在调研过程中。


END

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