摩爾定律已將失效 晶片開發路在何方?

2023-12-05 18:09:13

[泡泡網CPU頻道4月16日] 摩爾定律失效問題雖然並不新鮮，但IBM一位研究員卡爾·安德森（Carl Anderson）最近再次拋出此言論。摩爾定律即將失效。安德森以過往多個曾高速增長的行業為例，稱每個行業的指數級增長最終都會走向終結。

安德森認為，研發方面的驚人費用將成為晶片電晶體繼續增長的一個主要障礙。一般來說，晶片開發和製造動不動就耗費數十億美元，負擔得起的公司可謂少之又少。如IBM的研發預算超過60億美元，3000名以上工程師組成核心研發團隊，還要多達10倍以上的工程技術人員。目前的問題不是技術演進路標，而是晶片製造的產業現實，如今開工一家新的工廠需要投入30億美元。而晶片公司的財務健康與否取決於如何在每個晶圓(wafer)上製造更多的晶片，也就是降低每片裸片的成本。新的材料和設備的添置 讓工廠成本在金融危機的當下難以承受。

摩爾定律的生命周期正在縮短

    Micron存儲業務副主席Brian Shirley認為：「我們目前進入了這樣一個時代，所有公司的技術正在接近光刻工藝的物理極限，所以挑戰相比以往更加艱巨，目前，我們正在尋找能在3到5年內解決這個挑戰的方法，那些研發看起來將會花費大量成本，且產業的壓力也比以往更大。」向物理極限挑戰的研究和開發的不菲花費，讓安德森相信，電晶體將有可能再繼續保持一兩代的指數級增長，但這只是就最尖端的晶片而言，例如多核心微處理器。但更多的設計師發現，日常的應用程式不需要最新的晶片設計。

事實上，從1997年，IBM「深藍」超級計算機擊敗了西洋棋冠軍卡斯帕羅夫，到十年後遊戲領域的稱霸，IBM在半導體晶片領域取得了大量專利，在絕緣矽（SOI）、高k金屬門（high-k metal gate）、三維晶片堆疊（3D Chip Stacking），以及空氣縫（Airgap）等是IBM專利獲取最密集的領域，而這也是巨額投入的結果。而那些喜歡動畫和打遊戲的玩家，可能是推動晶片進步的最大動力。目前，IBM可謂是遊戲機處理晶片的王者，截至3月，IBM作為任天堂的處理器供應商，為風靡世界的Wii遊戲機提供了5000萬個處理器。這種晶片以IBM的Power架構為基礎，採用了IBM的矽絕緣體技術。這種矽絕緣體技術可改善晶片性能和減少耗電量。基於IBM Power架構和矽絕緣體技術的微處理器可用於包括遊戲、消費電子設備、網絡、計算機存儲和伺服器等許多應用。

但IBM這種定製設計的高性能處理器，最受歡迎的還是在提供個人化和節能的遊戲機領域。IBM還在為索尼PS3、微軟的XBOX360遊戲機等生產晶片。晶片開發的未來會怎樣？安德森認為，沒了摩爾定律，還有三個出路：光學互聯（optical interconnects）、3D晶片以及基於加速器的處理技術。

基於加速器的處理技術是時下熱門的技術，除IBM之外，Nvidia、AMD旗下的ATI部門，正從這一方向提高科學計算和動畫軟體的運行速度。英特爾也將於今年末或明年初推出可以用作「加速器」的Larrabee晶片。而這些新技術的應用領域，遊戲和動畫是第一試驗田。在遊戲領域取得成功後，IBM一直希望將自己的Cell晶片不僅僅用於遊戲機，高性能處理Cell應用領域被延伸至石油探勘、氣象模擬、生命科學等運算市場。

但影像處理能力成為越來越重要的指標。技術研究公司Clabby Analytics的分析師Joe Clabby表示，IBM在刀片基礎架構上嘗試不同類型的處理器架構來滿足不同計算需求。而使用Cell處理器的刀片伺服器最好的領域是獲得有成像需求的用戶諸如影像公司的青睞。世界範圍內的影像數據處理需求仍會迅猛增長。■