摩爾定律已死？英特爾來告訴你真相

有人說，摩爾定律不再重要了，并認為它純粹是一個技術(shù)問題，或者只是幾家巨頭間的競賽。還有人說，除了某幾個特定領(lǐng)域，遵循摩爾定律已讓成本太過高昂。更有人說，摩爾定律已死。真相究竟是什么？

“其中大部分觀點是錯誤的。”英特爾高級院士Mark Bohr此前在一場美國的“制造大會”上表達了自己對摩爾定律的最新看法。他認為，在當今世界僅有幾家公司有能力實現(xiàn)摩爾定律的效益，摩爾定律帶來的不是一場競賽，但一些公司卻背離了摩爾定律的法則，直接的結(jié)果就是導致制程節(jié)點名稱根本無法正確體現(xiàn)制程位于摩爾定律曲線的哪個位置。

Mark Bohr認為，摩爾定律在任何可預見的未來都不會終結(jié)，有一天可能會達到物理極限，但目前還看不到終點。就像1990年，當晶圓上的晶體管大小達到用以印刷它們的光的波長（193納米）時，物理學界明確指出不能再向前推進了，但英特爾突破了那個挑戰(zhàn)。Mark Bohr說，英特爾使用掩模圖形產(chǎn)生的干涉光柵進行印刷，開發(fā)了計算型光刻技術(shù)和多重曝光。

“每一次英特爾都能在關(guān)鍵技術(shù)上實現(xiàn)突破，延續(xù)摩爾定律?！庇⑻貭杻?nèi)部人士第一財經(jīng)記者說。

但可以看到，全球晶圓代工已展開新一輪熱戰(zhàn)，無論是***半導體巨擘臺積電還是三星都對英特爾在半導體的龍頭位置虎視眈眈，而臺積電此前甚至表示7納米已于2017年進入風險性試產(chǎn)，三星則表示2018年推出7納米。

“被失效”的摩爾定律

摩爾定律可以說是整個計算機行業(yè)最重要的定律，它其實是一個預言：是指每代制程技術(shù)都要讓芯片上的晶體管數(shù)量翻一番，這意味著芯片的處理能力也加倍，而每代制程工藝在英特爾官方看來是兩年時間。這種指數(shù)級的增長，促使上世紀70年代的大型家庭計算機轉(zhuǎn)化成80、90年代更先進的機器，然后又孕育出了高速度的互聯(lián)網(wǎng)、智能手機和現(xiàn)在的車聯(lián)網(wǎng)、智能冰箱和自動調(diào)溫器等。

而從行業(yè)角度來看，業(yè)界一直遵循這一定律，并按前一代制程的0.7倍對新制程節(jié)點命名，這種線性升級正好帶來晶體管集成密度翻番。因此，出現(xiàn)了90納米、65納米、45納米、32納米——每一代制程節(jié)點都能在給定面積上，容納比前一代多一倍的晶體管。

但隨著技術(shù)的發(fā)展，由于同樣小的空間里集成越來越多的硅電路，產(chǎn)生的熱量也越來越大，這種原本兩年處理能力加倍的速度在很多人看來已經(jīng)慢慢下滑，這是摩爾定律質(zhì)疑聲中最大的“噪音”。

比如英偉達認為，CPU晶體管和能量大幅上升導致應用性能只有小幅增長，Dennard（登納德）縮放效應遇到了元件物理的瓶頸。

“但是事實上，隨著制程技術(shù)演進、晶體管密度提高，英特爾預計單個晶體管的成本將持續(xù)下降，而且針對7納米、5納米以及更小的制程，英特爾有著強大的研發(fā)渠道和規(guī)劃。”英特爾內(nèi)部人士對第一財經(jīng)記者表示，此前摩爾定律已經(jīng)“被失效”了很多次，但每一次英特爾都能在關(guān)鍵技術(shù)上實現(xiàn)突破，延續(xù)摩爾定律。

Mark Bohr在上述大會中還提到了一個觀點：摩爾定律不會因為無用而結(jié)束，它的進步也不會因為經(jīng)濟效益不足而受阻，并且，在物理學方面，摩爾定律也不會遇到瓶頸。

“誠然，有一天我們可能會達到物理極限，但目前還看不到終點。這得益于我們持續(xù)的創(chuàng)新，比如目前在14納米制程中使用的鰭式場效應晶體管（FinFET）和超微縮技術(shù)（hyper scaling），升級版的超微縮技術(shù)已應用在我們即將量產(chǎn)的10納米制程，而得益于這一新的工藝突破，我們可以維持每百萬晶體管的成本不變。”Mark Bohr認為，英特爾通過發(fā)現(xiàn)挑戰(zhàn)所在，各個擊破解決問題，不斷突破各種障礙，而目前英特爾已經(jīng)已著眼7納米和5納米制程的研發(fā)。

三星和臺積電實現(xiàn)制程反超？

經(jīng)過大規(guī)模整合，半導體行業(yè)中有能力制造最先進芯片的公司已從10年前的十幾家變?yōu)槿缃袂缚蓴?shù)的幾家。除了英特爾，目前這份名單上只剩下三星、臺積電和2009年從AMD拆分出來的格羅方德。

據(jù)記者了解，以主流先進制程競爭來說，2017年上半年臺積電10納米已經(jīng)開始放量增長，并且7納米已于2017年進入風險性試產(chǎn)。據(jù)中國***媒體報道，臺積電5納米則會在2019年進入風險試產(chǎn)階段，2020年正式量產(chǎn)。與此同時，三星電子也在追趕，除了2017年8納米LPP制程進入風險試產(chǎn)外，2018年將推出7納米，同時，三星也表示2019年將推出5、6納米制程，2020年投產(chǎn)4納米并導入環(huán)繞式閘極架構(gòu)。

AMD今年推出的Ryzen處理器更是使用了由格羅方德提供的的14nm LPP（Low Power Plus低功耗加強版）工藝，簡單來說，英特爾的競爭對手們都在發(fā)力追趕。

手機聯(lián)盟秘書長王艷輝對記者表示，對手的“激進”導致了英特爾的被動，特別是在“制程數(shù)字”的比較中。因為直到前不久，才聽到了英特爾發(fā)布首批10納米制程、第8代Core i移動版U系列處理器的消息。

但在英特爾看來，英特爾依然是技術(shù)的領(lǐng)先者，以10納米為例，制程的晶體管密度是業(yè)界其他10納米制程的約2倍。

“也許是因為進一步的制程升級越來越難，一些公司背離了摩爾定律的法則。即使晶體管密度增加很少，或者根本沒有增加，但他們?nèi)岳^續(xù)推進采用新一代制程節(jié)點命名。結(jié)果導致制程節(jié)點名稱根本無法正確體現(xiàn)這個制程位于摩爾定律曲線的哪個位置?！盡ark Bohr說。

他甚至還給出了一個衡量半導體工藝水平的公式。簡單來說，公式分為兩部分，一部分計算2bit NAND（4個晶體管）的密度，另一部分是用來計算的是SFF（scan flip flop）的晶體管密度，0.6和0.4兩個數(shù)字是這兩部分的加權(quán)系數(shù)。Bohr指出衡量半導體工藝真正需要的是晶體管密度。

與此同時，Mark Bohr希望其他半導體廠商在關(guān)于自家工藝節(jié)點介紹的時候也應該公布邏輯芯片的晶體管密度，以及SRAM cell的單元面積。

“說白了英特爾希望競爭對手們都把參數(shù)底牌亮出來，但三星和臺積電顯然不會這么做。”王艷輝對記者說，目前來看，制程工藝確實不能只看納米的數(shù)據(jù)，拋去技術(shù)參數(shù)，誰能依靠技術(shù)奪得更多的客戶才是當前最重要的問題。