《自然》杂志:摩尔定律到头了!

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    dorn
    1965 年,英特尔联合创始人戈登 · 摩尔提出了他著名的理论:半导体芯片上可集成的元器件的数目每 12 个月便会增加一倍。也就是说,同样规格的芯片的成本,每 12 个月便会降低一半。1965 年每个芯片可以容纳 50 个晶体管,摩尔预测到了 1970 年,每个芯片将能够容纳 1000 个元器件,每个晶体管的价格会降低 90%。

    经过简化,这个发现被归纳成了「摩尔定律」:每个芯片上晶体管的数目每 12 个月将会增加一倍。

    实现这个目标并非只靠运气。硅芯片的制造是一个复杂的过程,用到了来自许多不同公司的机械、软件以及原材料。为了保证所有的下游公司都能保持一致,并维持与摩尔定律兼容的时间表,半导体行业发布了满足摩尔定律的预期技术及转型路线图。半导体行业协会(SIA)是一个位于北美的组织,成员包括英特尔、AMD、台积电、格罗方德、IBM 等公司,他们从 1992 年就开始制定路线图,1998 年 SIA 与全球其他类似的组织都联合了起来,一起制作国际半导体技术路线图(ITRS)。最新一版路线图发布于 2013 年。

    关于摩尔定律最初计算存在的问题早在 1975 年就出现过,根据可获取的经验数据,戈登 · 摩尔将定律中的翻倍时间修改为 24 个月。就这样,在后来的 30 年时间里,简单的几何比例缩小(使芯片上所有元器件越来越小)就保证了稳速的收缩,验证了摩尔的预测。

    到了 2000 年,显然几何比例到头了,但是各种技术手段的发明使得该行业的发展跟上了摩尔定律的步伐。在 90 纳米时,应变硅发明了;45 纳米时,增加每个晶体管电容的分层堆积在硅上的新材料发明了。22 纳米时,三栅极晶体管的出现保证了缩小的步伐。

    虽然有了这些新技术,行业依然触到了天花板。将光刻过程用于芯片,把芯片形式转换成硅片一直受到相当大的压力:目前,波长 193 纳米的光波被用来制造 14 纳米的芯片。其他波长的光波不是不可实现,只是徒增了制造过程的复杂性和成本。期待了很久的极短紫外线(extreme UV),波长 13.5 纳米,可以解决这个约束,但技术工程师已经证明 EUV 的批量生产尚有困难。

    即使有了 EUV,也很难确定又能改变多少:在 2 纳米下,晶体管只有 10 个原子宽,在这么小的范围不可能正常操作。即使这些问题都解决了,能源的使用和散热问题又凸显出来了:由于晶体管更轻薄了,散热变得更加困难。

    像应变硅和三栅极晶体管等新技术,从研发到投入生产花了十多年,而 EUV 经历了这么长时间还是纸上谈兵。除此之外还有一个与摩尔定律相对的洛克定律(Rock's law),强调了生产中的成本因素。通过观察可知,芯片制造厂商的成本每 4 年便会增加一倍。技术的进步不断为芯片上晶体管数量的增加铺平道路,但是芯片生产设施的建造会十分昂贵,而更小、更便宜的处理器的使用还在不断增加。

    目前的问题是晶体管的数量边际效用开始递减:多出来的晶体管利用率变低了。在 20 世纪 80、90 年代,晶体管增多产生的价值是显而易见的:奔腾系列的速度远远超过了 486,奔腾 II 又比奔腾更快,等等。处理器的升级使当前工作负载获得实质性的加速,包括处理器组合方式的进步(从简单顺序处理变为复杂超标量体系结构无序处理)和响应速度的提升。从 2000 年开始这些简单的改善就停滞不前了。受热量、响应速度的限制,每个处理器内核的性能只有微少增加。我们所看到的都是一个芯片内具有多个处理器内核。这增加了处理器整体的理论性能,但实际上很难应用于软件的改善。

    2014 年,ITRS 宣布其下一版路线图将不再受制于摩尔定律。

    《Nature》 中写道,下个月即将出版的 ITRS 路线图,将采取全新的方法。

    新的路线图不再是专注于芯片中使用的技术,而是将采取一种叫做「新摩尔」的方法。智能手机和物联网的发展意味着不同的传感器和低功耗处理器对芯片公司来说更加重要。这些设备使用的高度集成芯片意味着它需要的处理器不仅是逻辑和缓存,也包括内存、功率调节、GPS 模拟组件、电池以及 wi-fi 无线通信,甚至还有陀螺仪和加速表等微机电组件。

    英特尔已经宣布将放弃在 7 纳米硅。锑化铟 (InSb) 和铟砷化镓 (InGaAs) 技术都已经证实了可行性,并且两者都比硅转换速度高、耗能少。碳,包括纳米管和石墨烯目前都处在实验室阶段,可能性能会更好。

    就目前来说,摩尔定律的打破已经成为新的常态。那个以摩尔定律为向导,遵循规则亦步亦趋的时代,到头了。
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    death5343
    好吧
  • m
    mjnaur
    所以短期内,计算能力的大幅增加需要靠SIMD设备,比如GPU, xeon phi这种

    [本帖最后由 mjnaur 于 2016-2-20 11:46 编辑]
  • 不吃胡萝卜
    因特挤的牙膏更保值了,农企不哭
  • A
    Alloyo
    总会有个尽头啊,不是现在过几年也会

    毕竟不可能一个晶体管比原子还小
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    jovizhu
    下一步开始研究二维展开了么?
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    staar
    [color=DarkRed][size=2]posted by wap, platform: UC[/size][/color]
    上个月家里3年前的台式机主板坏了。本来想换新。经过一年。CPU相比3年前跌了10%的价格。而且3年前买的是新的。3年过去。二手跌了10%不到的价格。INTEL。我喷你一脸

    不是经过一年。是结果一查。

    [i] 本帖最后由 staar 于 2016-2-20 12:03 通过手机版编辑 [/i]
  • 错乱僧
    现在cpu性能过剩,gpu性能不足。
  • 1
    19岁时尚BOY。徐汇
    我上周卖了I7 3770K 2年前散片1600买回来 这次居然还1700卖出去了。。。
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    foxerfly
    pc配件,,,要说技术最落后的,,除了磁盘没别的了吧,,,
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    VODKA
    现在ssd普及了,磁盘逐步淘汰,光盘已经基本淘汰了。。。。。

    要说技术落后,那还得说是电源,这么多年过去就压根没产生什么牛逼的新技术,而且在可见的将来也看不到技术突破的可能,小型化轻量化的大功率电源转换技术目前连想都不敢想。。。。。

    不过电的问题太基本了,这方面的技术一旦突破,人类文明恐怕就可以有跨越式的发展,说不定一步就迈进宇宙时代去。。。。。

    本帖最后由 VODKA 于 2016-2-20 12:04 通过手机版编辑
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    leyoung
    只能等量子计算机的研究实现突破了
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    frankh
    都怪按摩店不给力
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    staar
    2年涨了6%。比存银行好
  • 王心凌可爱美丽
    都他妈的怪按摩店!
  • b
    babylover
    都怪AMD!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!




























    话说我昨天刚刚满仓AMD的股票。求翻番!!
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    jun4rui
    如果量子计算机成功研发出来,那摩尔定律也就废了
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    naughtyben
    amd能兼顾cpu gpu算不错了
  • 飞坦
    2009年的i7 920现在依然战力很强
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    freez
    都觉得Intel在挤牙膏CPU性能止步不前,其实最近几年CPU能耗比一直在上升,不过就是从提升性能转变成了降低功耗。而且Intel的CPU很大一块功耗花在了核显上。
    新i3用50w左右的TDP,CPU加核显干完了差不多8年前E8400+9800GT用4倍以上功耗才能完成的任务量,感觉整体上看这个性能提升已经可以了,不太像Intel在刻意憋着宝贝不拿出来,至少不明显。
    我觉得只要AMD性能跟上来,Intel感到压力肯定会把核显的性能提升慢下来,把功耗重新用回CPU上。
    当然了,农企那边更不靠谱,恐怕更指望不上。