摩爾定律創(chuàng)造者去世，他曾如何引領(lǐng)計(jì)算機(jī)革命？

李垚

摩爾定律定義信息技術(shù)的進(jìn)步

3月24日，英特爾公司和“戈登與貝蒂·摩爾基金會(huì)”宣布，戈登·摩爾去世，享年94歲。

英特爾首席執(zhí)行官帕特·基爾辛格說(shuō)：“戈登·摩爾通過(guò)他的洞察力和愿景定義了技術(shù)行業(yè)。他在晶體管的力量方面發(fā)揮了重要作用，并激勵(lì)了幾十年的技術(shù)人員和企業(yè)家。我們英特爾仍然受到摩爾定律的啟發(fā)，并打算追求它，直到元素周期表用盡。”

摩爾在他1965年撰寫(xiě)的一篇文章中觀察到，由于技術(shù)的進(jìn)步，自集成電路被發(fā)明以來(lái)，微芯片上的晶體管數(shù)量每年大約翻一番，他對(duì)這一趨勢(shì)將持續(xù)下去的預(yù)測(cè)被稱為“摩爾定律”，后來(lái)修正為“每?jī)赡辍保瑤椭苿?dòng)英特爾與其競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手芯片制造商積極瞄準(zhǔn)研發(fā)資源，這一經(jīng)驗(yàn)法則成為現(xiàn)實(shí)。

該定律成為許多工業(yè)對(duì)于處理器性能預(yù)測(cè)的基礎(chǔ)，從1971年推出的第一個(gè)4004的2300個(gè)晶體管增加到奔騰II處理器的750萬(wàn)個(gè)。由于高純硅的獨(dú)特性，集成度越高，晶體管的價(jià)格越便宜，這樣也就引出了摩爾定律的經(jīng)濟(jì)學(xué)效益，在20世紀(jì)60年代初，一個(gè)晶體管要10美元左右，但隨著晶體管越來(lái)越小，直小到一根頭發(fā)絲上可以放1000個(gè)晶體管時(shí)，每個(gè)晶體管的價(jià)格只有千分之一美分。

據(jù)有關(guān)統(tǒng)計(jì)，按運(yùn)算10萬(wàn)次乘法的價(jià)格算，IBM704電腦為1美元，IBM709降到20美分，而20世紀(jì)60年代中期IBM耗資50億美元研制的IBM360系統(tǒng)電腦已變?yōu)?.5美分。在之后的歲月，芯片以指數(shù)級(jí)的速度變得更高效、更便宜，幫助推動(dòng)了半個(gè)世紀(jì)以來(lái)世界上大部分的技術(shù)進(jìn)步，不僅讓個(gè)人電腦普及，也讓互聯(lián)網(wǎng)和硅谷巨頭如蘋(píng)果、臉書(shū)和谷歌公司崛起。

戈登·摩爾的生平

戈登·摩爾于1929年1月3日出生于舊金山，他在舊金山南部的沿海小鎮(zhèn)佩斯卡德羅長(zhǎng)大，他的父親沃爾特是那里的副警長(zhǎng)，他母親佛羅倫薩·阿爾米拉·摩爾的家人經(jīng)營(yíng)著一家雜貨店。

摩爾大學(xué)就讀于圣何塞州立學(xué)院（現(xiàn)為圣何塞州立大學(xué)），在那里他遇到了新聞系學(xué)生貝蒂·惠特克，于1950年結(jié)婚。同年，他在加州大學(xué)伯克利分校完成了本科學(xué)習(xí)，獲得了化學(xué)學(xué)位。1954年，他在加州理工學(xué)院獲得了化學(xué)博士學(xué)位。

他申請(qǐng)的第一份工作是在陶氏化學(xué)公司擔(dān)任經(jīng)理，此后在巴爾的摩約翰霍普金斯大學(xué)的應(yīng)用物理實(shí)驗(yàn)室任職。1956年，摩爾先生與晶體管的共同發(fā)明人威廉·肖克利一起在貝爾實(shí)驗(yàn)室的西海岸分部工作，這是一家制造廉價(jià)硅晶體管的初創(chuàng)公司。

此后，摩爾開(kāi)始在半導(dǎo)體行業(yè)一展身手，他和集成電路的發(fā)明者羅伯特·諾伊斯曾一起加入大名鼎鼎的仙童半導(dǎo)體公司，后又于1968年退出該公司，聯(lián)合創(chuàng)辦英特爾公司，致力于開(kāi)發(fā)計(jì)算機(jī)芯片。

在1965年提出摩爾定律的理論后，他后來(lái)添加了兩個(gè)推論：不斷發(fā)展的技術(shù)將使計(jì)算機(jī)的制造成本越來(lái)越高，但消費(fèi)者為它們支付的費(fèi)用會(huì)越來(lái)越低，會(huì)令個(gè)人電腦銷售猛增。憑借計(jì)算機(jī)處理器的崛起，英特爾在20世紀(jì)80年代中期對(duì)日本的半導(dǎo)體競(jìng)爭(zhēng)中奪回了計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)處理領(lǐng)域的領(lǐng)先地位。到上世紀(jì)90年代，英特爾已將其微處理器應(yīng)用于全球80%的計(jì)算機(jī)中，成為歷史上最成功的半導(dǎo)體公司。

而這些大部分的業(yè)績(jī)都發(fā)生在摩爾先生的監(jiān)督下。他從1975年到1987年擔(dān)任首席執(zhí)行官，之后安德魯·格羅夫接替他，并一直擔(dān)任董事長(zhǎng)直到1997年。

摩爾定律還能維持多久

摩爾定律問(wèn)世至今已經(jīng)50多年了，半導(dǎo)體芯片制造工藝水平一直高速發(fā)展。人們不禁要問(wèn)：這種令人難以置信的發(fā)展速度會(huì)無(wú)止境地持續(xù)下去嗎？要知道，物理芯片上元件的幾何尺寸總不可能無(wú)限制地縮小下去，這就意味著，總有一天，芯片單位面積上可集成的元件數(shù)量會(huì)達(dá)到極限。

從技術(shù)的角度看，隨著硅片上線路密度的增加，其復(fù)雜性和差錯(cuò)率也將呈指數(shù)增長(zhǎng)，一旦芯片上線條的寬度達(dá)到納米數(shù)量級(jí)時(shí)，相當(dāng)于只有幾個(gè)分子的大小，這種情況下材料的物理、化學(xué)性能將發(fā)生質(zhì)的變化，致使采用現(xiàn)行工藝的半導(dǎo)體器件不能正常工作，摩爾定律也就要走到它的盡頭了。

根據(jù)近期微處理器架構(gòu)報(bào)告顯示，自2010年左右以來(lái)，整個(gè)行業(yè)的半導(dǎo)體進(jìn)步速度已低于摩爾定律預(yù)測(cè)的速度。許多半導(dǎo)體行業(yè)已將其重點(diǎn)轉(zhuǎn)移到主要計(jì)算應(yīng)用的需求上，而不是半導(dǎo)體縮放。雖然臺(tái)積電和三星都鼓吹3nm、4nm工藝將落地，但實(shí)際上臺(tái)積電的初代3nmN3工藝，就因?yàn)槌杀締?wèn)題不被英特爾、蘋(píng)果公司采用，只能延緩量產(chǎn)的時(shí)間，而三星的3nm雖然沒(méi)有延遲，但良品率僅為15%～20%。

從經(jīng)濟(jì)的角度看，目前用20億～30億美元可以建一座芯片廠，但當(dāng)芯片尺寸繼續(xù)縮小時(shí)，建廠成本將猛增至100億美元，比一座核電站投資還大，這足以勸退許多科技企業(yè)。摩爾定律要再維持十年的壽命，絕非易事，摩爾生前評(píng)論摩爾定律不可避免的終結(jié)時(shí)候也表示：“它不可能永遠(yuǎn)持續(xù)下去。”