摩爾定律與電子科學（看盡半導體和摩爾定律）

2023-11-10 17:52:49

大數據文摘編輯部出品

「摩爾定律過去是每5年增長10倍，每10年增長100倍。而如今，摩爾定律每年只能增長几個百分點，每10年可能只有2倍。因此，摩爾定律結束了。」

今年一月份，英偉達(Nvidia)CEO黃仁勳在CES 2019展會上，如此預測了摩爾定律的未來。

摩爾定律是所有計算機人都耳熟能詳的詞。1965年，英特爾聯合創始人戈登·摩爾(Gordon Moore)提出了這一想法，即集成電路上可容納的元器件的數量每隔18至24個月就會增加一倍，性能也將提升一倍。

半個世紀以來，這條定律都非常準確的預測了半導體行業的發展趨勢，成為計算機處理器製造的準則，也成為了推動科技行業發展的「自我實現」的預言。然而近年來，關於摩爾定律放緩或者失效的聲音越來越多。

一家名叫datagraph的機構近期製作了一個視頻，希望探究摩爾定律vs. CPU/GPU發展的進程。

不到五分鐘的視頻從1965年摩爾定律的提出開始，橫跨半個世紀。從中可以一窺微處理器的早期，到英特爾的主導地位，以及近年來英偉達和GPU的崛起。

先一起看看視頻：

https://v.qq.com/x/page/c09212v402k.html

在1965年4月19日出版的《電子雜誌》35周年紀念上，時任Fairchild Semiconductor研發部主任的摩爾發表了一篇《Cramming more components onto integrated circuits（把更多組件放在集成電路上）》，正式提出了摩爾定律。

視頻中粉紅色的條是指根據摩爾定律，理論上一個半導體晶片上集成的電晶體和電阻數量，藍色的條是指CPU，綠色的條是指GPU。

最初的最初，這個數字僅僅是72。

1974年，德州儀器推出首個高性能的商用微處理器TI TMS 1000，首次超越了同期摩爾定律的預測！

這是一家應該在晶片發展史上有姓名的公司，如今的德州儀器已經逐漸被大多數人遺忘，但是，在德州儀器紅火的時候，世界上還沒有英特爾和高通。在ios和Android系統還沒火起來的那個年代，德州儀器基本上把持了所有的手機處理器市場。當年最受追捧的手機品牌諾基亞，就是德州儀器處理器的忠實用戶。

1975年，摩爾本人更新了摩爾定律，將半導體行業的發展周期從12個月增加至24個月。在隨後30年中，通過縮小晶片上元件的尺寸，晶片發展一直遵循著摩爾定律。

值得一提的是，摩託羅拉曾經也是CPU大佬，在早期的時候摩託羅拉可以說也曾是半導體業界巨頭，代表產品包括了MC6800，68K等，還和IBM，蘋果合作了PowerPC系列晶片（摩託羅拉半導體負責製造該晶片），目前仍在軍事領域影響頗大。其中，1979年的Motorola 68000系列基本是8位時代能穩定採購到的最好用的處理器，在誕生40年後的今天，依然還在被使用。

1982年，英特爾推出80286處理器，在pc/at機時代被廣為使用，一直持續到90年代。

1987年，德州儀器瀏覽器發布Lisp晶片，這也是首款基於Lisp語言用於AI計算的晶片。

進入90年代，摩爾定律預言的電晶體數量一度領先業界，93年，英特爾第五代微處理器誕生。之後，英特爾作為晶片大佬一度壟斷市場，甚至導致了整個90年代晶片行業的緩慢發展，直到，英偉達和GPU的出現。

1997年，GPU晶片誕生，像一條跳入市場的鯰魚，將摩爾定律和半導體世界帶入了一個新的階段。

GPU也就是Graphic Processing Unit（圖形處理器），1999年，當英偉達發布GeForce 256圖形處理晶片時首先提出這一概念。

GPU誕生後，整個晶片世界也進入了飛騰時期，英偉達、AMD和英特爾幾家大佬群雄逐鹿。

AMD在這一階段勁頭很猛烈，在2003年將x86指令集擴展到x86-64。這是一個值得被記住的重大成功，這一進展導致英特爾不得不放棄Itanium並複製AMD的指令集，並重振其x86系列。直到今天，x86-64依然被稱為AMD64。

接下來，整個晶片行業的發展迅猛，電晶體數量指數級增長，將摩爾定律甩在身後。2005年，摩爾甚至自己發布了聲明，「摩爾定律已死，10到20年內，我們會抵達一個極限」。

2012年1月16日發布的由臺積電代工的AMD Radeon HD 7000系列GPU晶片，採用28nm製程，顯示核心採用「次世代圖形核心」（Graphics Core Next）架構。

時間軸終於推進到2019年，這個時候多數生產者，包括摩爾自己，都預言摩爾定律會在2025年失效。

但是並不是所有人對於摩爾定律在未來是否繼續有效持悲觀態度，在日前於美國舉辦的Hotchips上，臺積電研發負責人、技術研究副總經理黃漢森（Phillip Wong）博士做了一個題為《What will the next node offer us》的演講，他就摩爾定律未來的看法提出了自己的觀點。

他認為：「摩爾定律依然有效且狀況良好，它沒有死掉、沒有減緩、也沒有患病。」

如今，臺積電的7nmFinFet晶片已經商用，黃漢森也表示，5nm晶片也在緊張的研製當中，已經投入試生產，而臺積電的下一步是3nm晶片。

對摩爾定律，有人悲觀，有人樂觀，未來究竟如何呢？就像視頻中最後的那行字——「We shall see」。