芯片之父：摩尔定律即将失效

ZDNet至顶网服务器频道 08月28日 编译：摩尔定律一直坚持认为随着芯片制造工艺中的体积缩减，晶体管容纳数量将不断成倍增加，然而这一论断如今即将失效。根据英特尔公司研究员Mark Bohr在采访中的说法，“再缩小我们就得用原子制造芯片了”。

不过另一位业界资深人士根据自己在半导体行业浸淫近五十年的丰富经历，从不同的角度评论了摩尔定律失效的原因。

“如果摩尔定律真的步入消亡，罪魁祸首也应该是经济原因而非物理原因，”DARPA微系统技术办公室的Robert Colwell在本周一于斯坦福大学举办的Hot Chips大会上指出。“金钱统治一切”，此言非虚。

Colwell曾于1990年到2001年期间担任英特尔公司首席芯片架构师兼研究员。根据他的说法，毫无疑问，摩尔定律终有一天将走向消亡。“大家需要面对现实，毕竟摩尔定律只是一项指数，没有哪项指数能永远准确指导人类的发展，”他解释称。

Colwell认为摩尔定律最早的终结时间可能是在2020年。“就是说只剩七年时间了，”他提醒在场的各位观众。“我现在心中想的是7纳米工艺。如果到2022年，也许我们甚至会迎来采用5纳米工艺的处理芯片，这些情况确实可能出现。然而如果有人坚持认为到时候会出现1纳米甚至次纳米级芯片，我个人绝不相信。”

回顾过去十年CMOS的发展历程，Colwell表示“CMOS绝对是种好东西”，而且这样的半导体密度指数改进在历史上可谓前所未见。

“我认为过去从未出现过如此迅猛的技术发展态势，”他表示。“Ray Kurzweil……选择了一条截然不同的道路。在Kurzwell看来，摩尔定律也只是在特定历史阶段中正确生效的指数之一。虽然它更新也更贴近我们的工作生活，但大家不必为它的消亡而担忧。但我对他的看法不能苟同——这就是在胡扯。”

作为效力于英特尔公司的芯片架构师，Colwell表示他的工作是“刻意回避”摩尔定律。在日常工作中，他见证了多缩放比微架构发展在历史上给半导体产品带来的改进。

“如果自然允许我们在同样的体积内容纳更多晶体管，而且每一个晶体管的运行速度都更快、功耗更低，我们当然没必要抗拒，”他表示。“技术人员需要找到设计此类设备的方法，从而将可能性转化为实际收益。”

回到1980年还在贝尔实验室研发1MHz 32位处理器的时光，Colwell感慨称自那时以来如今的半导体缩放技术已经为芯片带来了3500倍的性能提升。但流水线、缓存、超标量架构方面的设计创新呢？改进绝没那么明显，最多也就只有50倍左右。

在未来的几十年中，我们绝对无法再次重现高达3500倍的处理器缩放效果。在摩尔定律消亡之后——或者如Colwell所言“当硅基引擎的最后一点潜力被榨干之后”——芯片性能方面的提升将无法再通过对制造工艺的进一步缩小来实现。到那个时候，技术人员只能利用巧妙的创新型微体系结构及系统设计思路实现性能改善。虽然仍有效果，但幅度绝不可能像过去那样以指数级提高。

这并不是说芯片设计师们已经有些黔驴技穷，更重要的是，通过尺寸缩减改进性能将成为一项异常艰巨的挑战。更重要的是，芯片厂商必须拿出足够的吸引力让客户积极为这样的改进买单，同时帮助自己赚取理想的利润，这又从另一个角度带来严峻挑战。

Colwell假定未来的芯片设计师们已经坦然接受摩尔定律消亡的事实，并愿望利用各种巧妙的架构设计推动芯片创新。Colwell表示，如果设计师能够为自己的芯片产品带来50%的性能表现或者功耗改善，那么完全可以在市场上得到广泛支持。“但如果提升比例仅有20%甚至10%呢？在如此有限的提升之下，技术人员是否愿意为此继续努力？客户又是否愿意为有限的改进效果再掏一次钱？”

从他的角度来看，这类小规模提升所打造的实际芯片产品根本收不回成本。客户不会购买，因此芯片制造商也不会进行生产。

对于那些坚信摩尔定律命运终将被天才芯片架构师所拯救的业界人士，他表示“我很赞赏大家的乐观心态”。芯片架构的发展并不会像摩尔定律那样突然停滞。“我们将想尽一切办法继续保持芯片性能的进展”，但性能指数每隔一段时间即迎来大幅提升的日子已经一去不复返。摩尔定律，让我们挥别这位陪伴大家多年的老朋友！