延續摩爾定律：硬件和軟件界限愈發模糊

　　摩爾定律誕生50年來一直能夠自我實現，引導整個行業每兩年將同樣大小芯片上的晶體管數目翻倍。但近年來，摩爾定律“終結”的聲音愈發甚囂塵上。面對如此行業瓶頸，硬件廠商正不斷吞并融合原先軟件領域的技術來謀求變革和發展，硬件和軟件的界限越來越模糊。此前7月，國際半導體技術發展路線圖(ITRS)曾發布報告稱，半導體體積到2021年將不再縮小。報告認為，屆時半導體廠商將面積縮小、放下更多晶體管的做法已經在經濟上不劃算，半導體廠商將轉向關注3D芯片等其他新的技術增強計算力。

　　(上圖來自中金公司研報)

　　就摩爾定律的踐行者英特爾來看，英特爾8月末發布代號Kaby Lake的第七代酷睿處理器，雖然勉力將14nm芯片縮小至10nm，但10nm的正式發布已從今年底推遲至明年中期，7nm更是延遲至2022年。

　　雖然摩爾定律并不會真的在5年內即刻失效，但傳統計算機芯片行業的發展已逐漸達到瓶頸，無法像過去50年那樣飛速升級的事實已經顯而易見，但硬件生產公司們并沒有暈頭轉向，而是選擇在硬件技術上更多地附加上軟件的烙印。

　　尤其是蘋果，幾乎每12個月即推出的A系列系統芯片，較之前版本效能提升巨大。但這并不是摩爾定律的簡單“續命”，因為它并沒有繼續糾結在“更多更小晶體管”這樣的問題上，而是以蘋果新推出的智能手機或是其他設備所需要的功能為訴求。因此，越來越難以區分芯片的硬件技術和軟件技術具體如何分隔了。

　　而這一點正是問題的關鍵。計算機領域中軟件向硬件的遷移已經在不斷進行，并且接下來20~50年或將看到更多硬件“吞噬”軟件，或是兩者技術邊界愈發融合的景象。

　　不僅僅是蘋果，英偉達在不斷升級芯片技術性能的同時，也同時開始在芯片中融入很多原先軟件領域的研究項目，例如立體成像技術等。再比如微軟，上個月新鮮披露的AR頭顯HoloLens的協處理器，是由 24 個Tensilica DSP(數字信號處理)核心組成，該協處理的設計工作是由一組專業芯片設計師完成的。

　　事實上，工具的升級也將使芯片的設計變得更加容易，尤其是類似機器深度學習和人工智能技術的推動。

　　除了對軟件領域的“蠶食”之外，為了發展擁有更加強大的儲存盒計算能力的計算機，向量子領域的進發也是當下非常明顯的趨勢。量子計算機在存儲、計算、資源節約等方面的優勢無可比擬，其存儲信息的能力將呈指數增長。創業公司和科技巨頭也競相布局量子計算。

　　摩爾定律正式失效，半導體行業何去何從

　　摩爾定律可以說是整個計算機行業最重要的定律，它其實是一個預言：每兩年微處理器的晶體管數量都將加倍——意味著芯片的處理能力也加倍。這種指數級的增長，促使上世紀70年代的大型家庭計算機轉化成80、90年代更先進的機器，然后又孕育出了高速度的互聯網、智能手機和現在的車聯網、智能冰箱和自動調溫器

　　這個看起來自然而然的進程，實際很大程度也是人類有意控制的結果，芯片制造商有意按照摩爾定律預測的軌跡發展：軟件開發商新的軟件產品日益挑戰現有設備的芯片處理能力，消費者需要更新為配置更高的設備，設備制造商趕忙去生產可以滿足處理要求的下一代芯片。

　　但現在，這種發展軌跡要告一段落了。由于同樣小的空間里集成越來越多的硅電路，產生的熱量也越來越大，這種原本兩年處理能力加倍的速度已經慢慢下滑。此外，還有更多更大的問題也慢慢顯現，如今頂級的芯片制造商的電路精度已經達到14納米，比大多數病毒還要小。但是，全球半導體行業研發規劃藍圖協會主席保羅·加爾吉尼( Paolo Gargini)表示：“到2020年，以最快的發展速度來看，我們的芯片線路可以達到2-3納米級別，然而在這個級別上只能容納10個原子，這樣的設備，還能叫做一個‘設備’嗎?”

　　恐怕不能。到了那樣的級別，電子的行為將受限于量子的不確定性，晶體管將變得不可靠。在這樣的前景下，盡管這方面已經有無數研究，但目前人們仍然無法找到可以替代如今的硅片技術的新的材料或技術。

　　下個月發布的行業研究規劃藍圖將史無前例地不以摩爾定律為中心，相反，新的戰略可能是“超越摩爾”(More than Moore )：與以往首先改善芯片、軟件隨后跟上的發展趨勢不同，以后半導體行業的發展將首先看軟件——從手機到超級電腦再到云端的數據中心——然后反過來看要支持軟件和應用的運行需要什么處理能力的芯片來支持，由于新的計算設備變得越來越移動化，新的芯片中，可能會有新的一代的傳感器、電源管理電路和其他的硅設備。

　　這種局勢的轉變，也改變了半導體行業圍繞摩爾定律不再團結一致。“大家都不確定新的研究規劃藍圖意味著什么，” 愛荷華大學計算機科學家丹尼爾·里德(Daniel Reed)表示。位于華盛頓DC的 半導體行業協會(The Semiconductor Industry Association， SIA)代表所有美國半導體企業，已經表示不再參與全球半導體行業研究規劃藍圖的章程，而是自行決定研發進度。

　　丹尼爾·里德將之與飛機制造行業進行比較：“現在的波音787并不比上世紀50年代的波音707快多少——但這兩個型號的飛機可差太多了，波音787的創新體現在其他地方，比如全電子控制、碳纖維機身等，計算機行業也是如此，創新將會繼續，但是會體現在更細小和更復雜的地方。”