英特尔公司联合创始人戈登·摩尔3月24日去世，享年94岁。作为半导体行业的先驱，他提出的“摩尔定律”预言了芯片日新月异的发展进程。现在人们熟知的“摩尔定律”是指：当价格不变时，集成电路上可容纳的晶体管数目每隔18-24个月增加一倍，性能也将提升一倍。事实上，摩尔并没有说过“每18个月翻一番”，经常被引用的“18个月”是英特尔副总裁大卫·豪斯提出的。
1965年，摩尔在《电子学》杂志上首次提出这一著名预言时说：“最低元件成本下的复杂度大约每年增加一倍，这一增长率至少会维持10年。”10年后，摩尔作出了一些修正，将翻番的时间从一年调整为两年。后来，这一发展速度保持了半个世纪。摩尔近60年前提出的这段预言被总结为“摩尔定律”。它揭示了集成电路性能、价格与时间的关系，对半导体产业的研发投产、发展规划产生了巨大影响。
尽管摩尔定律被誉为“硅谷的节拍器”，但近年来，随着人工智能（AI）时代的到来，业界关于“摩尔定律是否失效”的讨论越来越多。不久前，OpenAI公司首席执行官、“ChatGPT之父”山姆·阿尔特曼表示，新版摩尔定律很快要来了。
AI时代的摩尔定律或许正在孕育中，这可能是对戈登·摩尔最好的致敬。
不断发展的摩尔定律碰上两只“拦路虎”
不管是一年、两年还是18个月，在集成电路领域，全球最聪明的大脑使尽各种解数，只为解决一个问题——如何在单位面积里容纳更多晶体管。
一开始，人们只需要缩小源漏极之间的距离。源极、栅极和漏极是晶体管上控制电流的三个部件，栅极是开关，负责电流从源极流向漏极。早期所谓的几微米/纳米芯片，指的就是栅极的长度。
著名物理学家霍金很早就预测，摩尔定律迟早会遇到两只“拦路虎”：一是量子隧穿效应，二是光速。当人们制造芯片的进程来到22纳米节点时，量子隧穿效应如期而至。
所谓量子隧穿效应，就是由于栅极太短，源漏极之间开始漏电。但科学家总有办法解决，他们将器件结构从平面变成三维。英特尔公司率先实现了FinFET（鳍式场效应晶体管）的产业化，也就是加厚了栅极，该技术此后成为业界主流。改变器件结构后，芯片内部就没有一个物理尺度能够指代芯片制程。因此，除英特尔公司仍然遵守晶体管密度提升一倍、产品往前提一代的命名规则外，其他芯片制造商开始使用自己的命名法则。比如，三星、台积电的7纳米芯片的晶体管密度，并没有达到英特尔10纳米芯片的两倍，3纳米芯片上的晶体管数量也没有比5纳米芯片翻倍。在市场竞争下，从2021年开始，英特尔公司放弃坚持，将10纳米芯片制程命名为英特尔7。
如果严格按照摩尔定律，今年人们将拥有2纳米制程的芯片，2025年将实现1纳米制程。事实上，当集成电路发展到这个尺度，第二只“拦路虎”也来了，也就是去哪里找波长那么短的光刻蚀硅片？全球科学家正在想办法应对。
摩尔定律的真相是什么？
在硅谷流传着这样一句话：如果你没有跟上摩尔定律，则意味着在这一轮比拼中一定有人超过了你，他将占据市场的绝大部分份额，并积累发展优势。在这一魔咒的“督促”下，任何一家生厂商都不敢有丝毫懈怠。上海市集成电路行业协会监事长徐步陆说：“摩尔定律在技术和经济之间建立了量化联系，对产业发展起到指引方向的作用。”
自1965年提出至今，摩尔定律一路伴随着人们经历了个人电脑、互联网和智能手机时代，并迎来了AI时代的“寒武纪大爆发”。在中科院上海微系统与信息技术研究所研究员、上海集成电路材料研究院首席科学家李卫民看来，很难说是摩尔定律促进了这些产业的发展，还是这些产业促进了摩尔定律。因为，每当摩尔定律发展势头消退时，总会出现新一波“核爆点”，促进摩尔定律步履不停。
“这一次如果没有AI算力对芯片的需求，摩尔定律很可能要慢下来。”李卫民说，“当市场对技术的渴求超过当前的技术供给时，就会促使创新爆发，这就是摩尔定律的真相。”
比起科学家的头衔，徐步陆更愿意将戈登·摩尔视为一位战略型企业家。他在担任英特尔首席执行官期间，立足美国当时集成电路信息技术的优势，扬长避短，带领英特尔放弃DRAM（动态随机存取存储器），专注于微型计算机的“心脏”部件CPU（中央处理器），带动新一轮爆发式市场需求，开启了全新的个人电脑时代，也让摩尔定律历久弥新。徐步陆说，眼下，新一轮科技革命和产业革命方兴未艾，要加快实现高水平科技自立自强，“我们需要更多有战略眼光的科学家和企业家”。
走出集成电路产业的“应变之道”
摩尔定律快要失效了，摩尔定律已经逼近极限……近年来，这样的声音不绝于耳。英伟达首席执行官黄仁勋曾在多个场合公开表示摩尔定律已经结束，但是英特尔公司对此并不认同。在去年举行的英特尔创新大会上，公司直接在屏幕上亮出观点：“摩尔定律还活得很好。”日前，山姆·阿尔特曼在社交媒体上发文称：“摩尔定律可能很快要更新了，全球人工智能运算量每隔18个月翻一番。”
新旧版摩尔定律的区别在哪里？徐步陆认为，两者说的并不是同一件事，这是摩尔定律又一次被人为扩展演绎。而从另一个角度看，它也成功为摩尔定律在人工智能时代“续命”。
李卫民表示，从降本增效的角度来看摩尔定律，其远远还未达到发展尽头。随着多核、异构、存算一体技术的发展，芯片集成度还会不断创新高。
上海很早就意识到了集成电路产业发展应摆脱现有模式的路径依赖，也因此更加关注新材料、新工艺和新制造技术，从底层技术做起，走出产业的“应变之道”。成立于2013年的上海微技术工业研究院致力于“超越摩尔”技术的创新、研发和产业化，在张江嘉定园建起8英寸研发中试线，借助传感器等新兴技术实现“弯道超车”。由上海牵头制定的“中国集成电路技术路线图”也没有照搬西方流行的“摩尔定律”模式，而是在降低成本、系统小型化、提升效率等方面下功夫。
文丨沈湫莎
来源： 文汇报
