摩尔定律是否失效并不重要，越来越多的资金正在流入芯片行业

摩尔定律是否失效并不重要，越来越多的资金正在流入芯片行业

就像石油一样，芯片是现代世界所依赖的稀缺资源。 如今，军事、经济和地缘政治力量都建立在芯片之上。 从导弹到微波炉，从智能手机到股市，一切都依赖芯片。 谁在芯片设计和制造方面保持领先地位，谁就在技术和经济等方面拥有巨大优势。 长期以来，美国、日本、韩国和欧洲国家在芯片设计和制造领域展开了激烈的竞争，试图赢得这场基于技术的战争。 经济历史学家克里斯·米勒在《芯片战争：世界最关键技术之战》中分析了芯片崛起的历史以及旨在控制芯片行业未来的日益复杂的地缘政治权力斗争。 对于理解当今的政治、经济和技术至关重要。

《芯片大战：世界最关键技术之战》

[美国] 克里斯·米勒 (Chris ) 撰写

蔡书军译

浙江人民出版社

文字| 克里斯·米勒

当世界上大多数人从未听说过硅芯片，更不用说了解它们的工作原理时，美国的半导体生产中心正在吸引世界上最聪明的人才来到德克萨斯州、马萨诸塞州，尤其是加利福尼亚州。 这些工程师和物理学家坚信微型晶体管可以真正改变未来。 事实证明，这远远超出了他们最疯狂的梦想。 戈登·摩尔 ( Moore) 和加州理工学院教授卡弗·米德 ( Mead) 等有远见的人预见到了未来几十年，但摩尔 1965 年对“家用计算机”和“个人便携式通信设备”的预测几乎没有触及它们。 描述芯片在当今生活中的核心作用。 硅谷的创始人们难以置信，半导体行业每天生产的晶体管数量比人体细胞还要多。

随着行业的扩张和晶体管尺寸的缩小，广阔的全球市场的需求比以往任何时候都更大。 如今，即使是五角大楼 7000 亿美元的预算也不足以在美国本土制造用于国防目的的尖端芯片。 国防部专门为其价值10亿美元的潜艇和价值100亿美元的航空母舰建造了造船厂，但其许多芯片都是从商业供应商那里购买的。 即使设计一款可能超过 1 亿美元的尖端芯片，对于五角大楼来说也变得过于昂贵。 制造最先进逻辑芯片的工艺设备成本是航空母舰的两倍，而且需要数年时间才能达到尖端水平。

产生计算能力的惊人复杂性表明，硅谷的故事不仅仅是一个关于科学或工程的故事。 技术只有找到市场才能进步。 半导体的历史也是一个关于销售、营销、供应链管理和降低成本的故事。 没有企业家，硅谷就不会存在。 罗伯特·诺伊斯是一位毕业于麻省理工学院的物理学家，当他意识到一种尚不存在的产品存在巨大市场时，他作为商人获得了成功。 正如戈登·摩尔 ( Moore) 在 1965 年发表的一篇著名文章中所说，仙童公司“将更多零件塞进集成电路”的能力不仅取决于公司的物理学家和化学家，还取决于查理·斯波克 ( Spock) 等精力充沛的制造老板，他们追求无工会的晶圆厂并提供股票大多数员工可以选择保持生产力提高。 如今，晶体管的成本远低于 1958 年价格的百万分之一，这要归功于一位现已被遗忘的 员工在一份退出调查中所表达的精神：“我……想要……变得……致富。 ” ”。

我们需要反思一下。 说芯片创造了现代世界太简单了，因为我们的社会和政治决定了芯片如何研究、设计、制造、封装和使用。 例如，五角大楼的研发部门 DARPA 通过资助对当今最先进逻辑芯片中使用的所谓 3D 晶体管结构的关键研究，真正塑造了半导体。

当然，不能保证芯片会像过去一样重要。 我们对计算能力的需求不太可能减少，但我们可能会耗尽芯片的供应。 戈登摩尔的著名定律是一个预测，而不是一个物理事实。 从 首席执行官黄仁勋到前斯坦福大学校长、 公司董事长 John ，业界知名人士都宣扬了摩尔定律，该定律指出，当价格保持不变时，集成电路上可容纳的晶体管数量每增加 18 个，就会增加一倍24个月内，性能也将翻倍）已经死了。 在某些时候，物理限制将阻止晶体管进一步缩小。 即使在那之前，制造晶体管的成本也可能太高了。 如今，成本下降的步伐已明显放缓。 使用较小晶体管制造芯片所需的工具极其昂贵，其中最昂贵的是 EUV 光刻机，每台成本超过 1 亿美元。

摩尔定律的终结将对半导体行业和世界造成毁灭性的打击。 我们每年生产越来越多的晶体管，仅仅是因为这样做在经济上是可行的。 但这并不是摩尔定律第一次被宣告濒临死亡。 1988 年，IBM 受人尊敬的专家、后来的美国国家科学基金会主席埃里希·布洛赫 (Erich Bloch) 宣布，当晶体管缩小到四分之一微米时，摩尔定律就会停止，但这是该行业在这十年内克服的障碍。 摩尔在2003年的一次演讲中还担心“半导体行业将在未来十年左右遇到障碍”，但所有这些潜在的障碍都已被克服。 当时，摩尔认为 3D 晶体管结构是一个“激进的想法”，但在 20 年内我们已经生产了数万亿个晶体管。 半个世纪前，加州理工学院教授卡弗·米德创造了“摩尔定律”一词，当时他预测芯片最终可能每平方厘米包含 1 亿个晶体管，这一预测震惊了全世界的半导体科学家。 如今，最先进的晶圆厂可以在芯片上集成比米德预期更多的晶体管。

换句话说，摩尔定律的长久存在甚至令它的命名者和创造者感到惊讶。 这也可能让今天的悲观主义者感到惊讶。 著名半导体设计师吉姆·凯勒 (Jim ) 为苹果、特斯拉、AMD 和英特尔带来了芯片革命，他表示，他看到了将芯片上晶体管密度提高 50% 的明确途径。 次。 首先，他认为当前的鳍式晶体管可以做得薄三倍，这样可堆叠鳍片的数量也可以增加两倍。 下一步，鳍式晶体管将被称为GAA（Gate-All-的缩写，即“全能栅极晶体管”）的新型电子管晶体管所取代。 这种线状晶体管可以从顶部、侧面和底部施加电场，从而可以更好地控制“开关”，以应对缩小晶体管的挑战。 凯勒相信这些微小线状晶体管的密度可以增加一倍。 他预测，将这些线形晶体管堆叠在一起可以将密度进一步增加八倍。 这些技术突破加在一起将推动芯片上晶体管的数量增加约 50 倍。 “我们并没有耗尽原子，我们知道如何打印单层原子，”凯勒说。

尽管有关摩尔定律的讨论已经结束，但流入芯片行业的资金比以往任何时候都多。 过去几年，设计针对人工智能算法优化芯片的初创公司已筹集了数十亿美元，每家公司都希望成为下一个英伟达。 谷歌、亚马逊、微软、苹果、、阿里巴巴等大型科技公司现在都在大力投资设计自己的芯片。 显然，不乏创新。

摩尔定律即将终结这一观点的最佳论据是，所有这些针对特定用途甚至个别公司的活动正在取代英特尔在过去半个世纪中稳步推出强大微处理器所带来的“通用”计算。 。 尼尔·汤普森（Neil ）和斯文贾·斯帕努斯（ ）甚至认为，我们正在看到“计算机作为通用技术的衰落”。 他们认为，未来的计算将分为“使用强大定制芯片的‘快车道’应用和使用通用芯片的‘慢车道’应用，而通用芯片的进展将会放缓。”

不可否认的是，现代计算的主力微处理器正在部分被为特定用途而构建的专用芯片所取代。 不太清楚的是这是否是一个问题。 的 GPU 并不像英特尔的微处理器那样通用，因为它们是专门为处理图形以及越来越多的人工智能而设计的。 但英伟达和其他提供针对人工智能优化芯片的公司正在使人工智能的实施成本更低，因此更易于使用。 如今，人工智能已经比十年前任何人想象的更加“通用”，这在很大程度上要归功于更新、更强大的芯片。

亚马逊和谷歌等大型科技公司设计芯片的最新趋势标志着近几十年来的另一个变化。 亚马逊和谷歌都进入了芯片设计业务，以提高运行其公共云的服务器的效率。 任何人都可以付费访问 Cloud 上的 TPU 芯片。 悲观主义者可能会认为这种计算分为“慢车道”和“快车道”。 然而，令人惊讶的是，任何人都可以通过购买 芯片或租用人工智能优化的云轻松访问 Lanes。

此外，将不同类型的芯片集成在一起比以往任何时候都更容易。 以前的设备通常只有一个处理器芯片。 然而，当今的设备可能具有多个处理器，一些处理器专注于一般操作，而另一些处理器则经过优化以管理相机等特定功能。 这是可能的，因为新的封装技术使芯片更容易有效地连接，使得人们可以随着处理要求或成本考虑的变化而轻松地将某些芯片更换到设备中。 大型芯片制造商现在比以往任何时候都更加关注其芯片运行的系统。 因此，重要的问题不是我们是否最终达到了戈登摩尔最初定义的摩尔定律的极限，而是我们是否已经达到了芯片可以产生的计算能力的峰值。 现在数以万计的工程师和巨额资金都在押注巅峰不会达到。

（本文摘自《芯片大战：全球最关键技术之战》，内容有删节，标题为小编添加）