摩爾定律有第四個(gè)指標(biāo)

 

今年半導(dǎo)體業(yè)不斷傳出好的消息，然而近期己經(jīng)出現(xiàn)雜音，著名fabless公司Marvell的總裁 Sehat Sutardja擔(dān)心將影響到未來(lái)10年的整個(gè)電子工業(yè)。

 

摩爾定律實(shí)際上不能看作是真正的定律，它本人也提醒我們，定律僅是在半導(dǎo)體業(yè)與它的客戶之間為了推動(dòng)技術(shù)以指數(shù)式進(jìn)步的一種應(yīng)有的承諾(social contract)。然而，為什么人們信奉它，因?yàn)槭菍?shí)踐的結(jié)果，成本下降的速度與摩爾定律預(yù)計(jì)的一致，由此對(duì)于社會(huì)的影響遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)定律自身。

 

近50年來(lái)，IC己經(jīng)推動(dòng)全球產(chǎn)品與服務(wù)，因而也推動(dòng)全球的經(jīng)濟(jì)。摩爾定律不僅適用半導(dǎo)體，而且對(duì)于現(xiàn)代化世界都具有生命力。

 

電子產(chǎn)品價(jià)格持續(xù)下降意味著什么？及為什么？

 

摩爾定律標(biāo)準(zhǔn)的含義是計(jì)算機(jī)芯片每經(jīng)過(guò)兩年晶體管的密度增加一倍（編者注應(yīng)為在功率不變下晶體管密度增加一倍）。實(shí)際上遠(yuǎn)比上述假設(shè)復(fù)雜。隨著參照物的不同，定律有好幾種釋義;

 

l         尺寸(密度)，芯片面積上晶體管的數(shù)量，每年芯片的特征尺寸縮小。

l         功能;在同樣尺寸芯片上將具更多的功能，包括存儲(chǔ)器量及計(jì)算速度。

l         價(jià)格;隨著芯片越來(lái)越小，價(jià)格越來(lái)越便宜。如果從單個(gè)晶體管的頻率提高看，成本下降更快。盡管如此，近10年的功能提高成為主要方向。

 

在過(guò)去的20年中，半導(dǎo)體業(yè)的重點(diǎn)是在同等芯片面積下增加晶體管的密度，并盡可能提高功能及集成度。近期隨著尺寸越來(lái)越小，所以單項(xiàng)工藝越來(lái)越復(fù)雜，因此研發(fā)的成本越來(lái)越高。面對(duì)新的態(tài)勢(shì)，處理器大廠都移向多核設(shè)計(jì)以及向芯片三維方向過(guò)渡。

 

對(duì)于摩爾定律好的消息是至今仍在起作用，仍能保持前進(jìn)的步伐，顯然前進(jìn)路上也蘊(yùn)含巨大的風(fēng)險(xiǎn)。

 

未來(lái)如何走？

 

讓我來(lái)提出在摩爾定律中還存在一個(gè)第四指標(biāo)(dimension)，它不但越來(lái)越覺(jué)得有需求，而且可以延伸定律的壽命，即效率。在過(guò)去的50年中對(duì)于效率是這樣解釋的，從己經(jīng)選擇的公司架構(gòu)通過(guò)節(jié)電或冷卻方法來(lái)取得進(jìn)步，包括筆記本電腦具有更強(qiáng)的功能。

 

幾十年前對(duì)于效率并不特別有興趣，開(kāi)始時(shí)通常的芯片消耗幾瓦，之后逐漸增大到100-200瓦。與燈泡及家庭其它電器相比，并不很突出。

 

但是隨著半導(dǎo)體業(yè)逐漸變成最大能耗之一，與摩爾定律最初對(duì)于社會(huì)的承諾產(chǎn)生相抵觸，也是不能容認(rèn)的。半導(dǎo)體推動(dòng)社會(huì)文明與進(jìn)步，不能對(duì)于社會(huì)環(huán)境帶來(lái)?yè)p害。

 

簡(jiǎn)言之，我們必須重新思考，很長(zhǎng)時(shí)間來(lái)被定律忽視的第四個(gè)指標(biāo)，效率。如果我們能拿出20％的半導(dǎo)體總研發(fā)費(fèi)用，來(lái)推動(dòng)每年15％的芯片功耗下降，到2020年全球電能的20％消耗是用在芯片上。未來(lái)每臺(tái)計(jì)算機(jī)消耗的電能該是每小時(shí)40瓦，而不是200瓦。目前可能還作不到，然而今日的智能手機(jī)已經(jīng)作到每天消耗電能不足5瓦。

 

如果全球的芯片都換成低功耗的器件，那么全球無(wú)需增加額外的電站就能滿足比現(xiàn)在多達(dá)5倍的電子產(chǎn)品。

 

那么作為我們要如何看待新的社會(huì)承諾，即整個(gè)半導(dǎo)體業(yè)認(rèn)同未來(lái)半導(dǎo)體的電能總消耗將保持在今天水平，用今天的眼光似乎是十分困難，但是如果回顧1965年時(shí)的摩爾定律，到今天2010年仍然有效，那時(shí)也認(rèn)為是不能想象的。

 

未來(lái)芯片的升級(jí)可能是每18個(gè)月來(lái)替代15個(gè)月，下一代筆記本電腦的主頻是2.4GHz替代2.8GHz，在明年2月推出的下一代最新的iPod可能比今年11月的價(jià)格要便直30％。所以您還想為縮小尺寸作出貢獻(xiàn)嗎？因此我們要改變過(guò)去的許多投資從電站與價(jià)格到效率方面上來(lái)。

 

半導(dǎo)體業(yè)總是在作幾乎不可能實(shí)現(xiàn)的事，今天一代芯片正在迎接下一代的挑戰(zhàn)。