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摩尔定律已亡,芯片何去何从?

2019年01月21日 作者: 暂无评论 290+ 0

自英特尔的联合创始人戈登·摩尔(Gordon Moore)于 1965 年经过观察称每隔 18~24 个月,集成电路上可容纳的元器件数目便会增加一倍,芯片的性能也会随之翻一番,以他名字命名的「摩尔定律」便成了几十年来半导体行业进步背后的金科玉律。

戈登·摩尔

像是在上世纪 60 年代第一批集成电路上的 10 多个晶体管到目前的芯片上动辄上百亿个晶体管,摩尔定律在很大程度上主导了科技产品的迭代更新以及自我实现。

苹果 A12X 芯片上集成了 100 亿个晶体管,图自:Apple

不过这一套几十年来一直管用的定律却也越来越显现出了其局限性,最突出的表现便是各大半导体厂商近年来被用户吐槽的「挤牙膏」行为了。

就连发现摩尔定律的英特尔自己,若按照其 2007 年之后提出的每两年「钟摆」(Tick-Tock)策略进行产品升级,本应在 2016 年就推出其 10nm 工艺的处理器,然而事实上英特尔的 10nm 处理器已经连续跳票了 3 年直至今年。

那么摩尔定律真的失效了么?

英特尔钟摆策略示意,图自:Intel

在谈论这个问题之前,我们首先得弄清目前是什么限制了摩尔定律的继续发展。

我们都知道芯片制程工艺的提升能够减小晶体管的面积,使得相同面积的芯片上能集成更多的晶体管,同时还能降低晶体管的功耗及硅片成本,而这固然是其好的一方面。但随着制程工艺提升,以纳米为长度单位的晶体管之间由于距离太短、绝缘层太薄,漏电的情况同样也就随之而来了,这反而增加了芯片的功耗(这也是此前台积电因漏电率高导致功耗大而被戏称为“台漏电”的原因)。

不过即使漏电的情况已经能通过多种办法得以缓解或者解决,但当晶体管在 10nm 以下时,由于晶体管的电子会产生“量子隧穿效应”,导致电子不按设计的道路移动,运算准确性将受到严重影响,以硅为基础的芯片材料或许将被替代。

综上,摩尔定律前方的一大阻力便是芯片本身的物理极限。

目前英特尔的晶圆,硅或许在未来将被替代,图自:Intel

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