摩爾定律會(huì)不會(huì)終結(jié)_摩爾定律還適用嗎

　　摩爾定律會(huì)不會(huì)終結(jié)

　　摩爾定律是不會(huì)終結(jié)的，具體的跟隨小編來(lái)了解下。

　　貝瑞特在1957年進(jìn)入斯坦福大學(xué)學(xué)習(xí)冶金工程學(xué)時(shí)，他絕對(duì)不會(huì)想到自己會(huì)積極投身到人類(lèi)社會(huì)在之后的半個(gè)世紀(jì)內(nèi)發(fā)生的巨大變革之中。當(dāng)時(shí)整個(gè)世界最尖端的技術(shù)還是現(xiàn)代晶體管和集成電路那樣的技術(shù)，它們令我們當(dāng)前的數(shù)字信息時(shí)代成為了可能，但是當(dāng)時(shí)先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)還沒(méi)有出現(xiàn)。

　　貝瑞特接受克勞的訪談，現(xiàn)場(chǎng)座無(wú)虛席。貝瑞特暢談了過(guò)去50年發(fā)生的技術(shù)進(jìn)步，并且對(duì)技術(shù)行業(yè)的未來(lái)發(fā)展談了他的一些想法和希望。

　　克勞說(shuō)，英特爾聯(lián)合創(chuàng)始人戈登摩爾（Gordon Moore）（貝瑞特的老東家）在1965年注意到一個(gè)現(xiàn)象，那就是每過(guò)18個(gè)月左右，我們的計(jì)算能力就會(huì)增加一倍，這就是著名的“摩爾定律”。摩爾定律現(xiàn)在仍然適用嗎？還是象很多人所預(yù)言地那樣，摩爾定律已經(jīng)走到盡頭了？

　　貝瑞特說(shuō)，甚至連摩爾本人也認(rèn)為摩爾定律的翻倍增長(zhǎng)模式很難再延續(xù)10年，然而現(xiàn)在并沒(méi)有出現(xiàn)計(jì)算能力減緩增長(zhǎng)的跡象。

　　克勞說(shuō)：“我想象不出還有什么能對(duì)提高生產(chǎn)力或改善人類(lèi)的決策和生命有著如此重要的作用?！?到底是什么東西推動(dòng)了這種變化呢？在象英特爾這樣的公司里，是什么讓英特爾能夠如此迅速地加上產(chǎn)品生產(chǎn)的速度，降低產(chǎn)品生產(chǎn)成本和提高產(chǎn)品質(zhì)量呢？

　　貝瑞特說(shuō)，在英特爾，摩爾定律就是一條一直在自我實(shí)現(xiàn)的預(yù)言，它也是一項(xiàng)戰(zhàn)略計(jì)劃。雖然學(xué)術(shù)權(quán)威、業(yè)內(nèi)分析師和媒體都預(yù)言計(jì)算能力的指數(shù)增長(zhǎng)趨勢(shì)已經(jīng)快結(jié)束了，但是英特爾仍然保持著這種趨勢(shì)不變，因此英特爾也得以繼續(xù)在行業(yè)內(nèi)處于領(lǐng)先地位。貝瑞特說(shuō)，公司對(duì)每一位新加入的工程師說(shuō)：“這么多年來(lái)，我們一直在遵守摩爾定律，希望這種增長(zhǎng)趨勢(shì)不會(huì)在你們手中終結(jié)。”

　　但是，雖然計(jì)算能力并沒(méi)有達(dá)到科學(xué)定律設(shè)定的極限，但是社會(huì)至少在美國(guó)社會(huì)是否存在一些限制性因素呢？ 例如，克勞問(wèn)道，為什么現(xiàn)在想讓孩子對(duì)科學(xué)、技術(shù)、工程和數(shù)學(xué)等學(xué)科產(chǎn)生興趣比冷戰(zhàn)時(shí)期更難呢？

　　貝瑞特說(shuō)，當(dāng)他進(jìn)入大學(xué)的時(shí)候，工程技術(shù)顯然是通向中產(chǎn)階級(jí)的快車(chē)道。但是現(xiàn)在，孩子們的選擇余地更大了。 他補(bǔ)充說(shuō)，而且工程技術(shù)是一種非常寶貴的背景。如果去研究一下財(cái)富500強(qiáng)企業(yè)的CEO所學(xué)的專(zhuān)業(yè)，你會(huì)發(fā)現(xiàn)擁有工程技術(shù)學(xué)背景的CEO比例最高，而且這門(mén)學(xué)科可以培養(yǎng)人們解決問(wèn)題的能力。

　　克勞問(wèn)，象英特爾那樣的跨國(guó)公司應(yīng)該去關(guān)注美國(guó)人是否能在科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域獲得成功嗎？這關(guān)系到教育和國(guó)家投資。 隨著微電子學(xué)和集成電路以及先進(jìn)的計(jì)算設(shè)備不斷向前發(fā)展，美國(guó)現(xiàn)在應(yīng)該做些什么呢？

　　貝瑞特回答說(shuō)，雖然英特爾即便不再招聘美國(guó)員工，它也應(yīng)該繼續(xù)保持成功。作為老牌技術(shù)公司，他希望英特爾能夠?yàn)槊绹?guó)人的后代提供更多的機(jī)會(huì)。美國(guó)要想?yún)⑴c國(guó)家競(jìng)爭(zhēng)，就必須做好三件事：改善教育系統(tǒng)、投資科技研發(fā)以及執(zhí)行“集思廣益”的政府政策。他說(shuō)：“現(xiàn)在，我們?cè)谀菐讉€(gè)方面都還不達(dá)標(biāo)。”

　　那么對(duì)于美國(guó)乃至全世界來(lái)說(shuō)，下一波技術(shù)增長(zhǎng)會(huì)來(lái)自哪些領(lǐng)域呢？

　　貝瑞特認(rèn)為，在未來(lái)的十年或二十年里，僅在計(jì)算能力領(lǐng)域，我們也會(huì)看到更多與我們之前所看到的一樣的開(kāi)發(fā)進(jìn)步。但是最令人振奮的增長(zhǎng)，將來(lái)自于計(jì)算能力與其他學(xué)科的融合，比如計(jì)算能力與生態(tài)系統(tǒng)和醫(yī)學(xué)的融合。 他說(shuō)：“一切都有可能，創(chuàng)新是無(wú)限的。學(xué)科之間的融合將會(huì)是科技發(fā)展的下一個(gè)前沿陣地?！?/p>

　　開(kāi)辟這些前沿陣地將會(huì)造成社會(huì)的分裂和文化的分裂?？藙趩?wèn)道，我們是否應(yīng)該投入時(shí)間、精力和財(cái)力去研究未來(lái)發(fā)展的復(fù)雜性呢？

　　貝瑞特說(shuō)：“坦白說(shuō)，我支持‘讓技術(shù)先行’的觀點(diǎn)。”

　　克勞說(shuō)：“通過(guò)技術(shù)可以行使選擇權(quán)?！?/p>

　　貝瑞特說(shuō)，是的，這是“創(chuàng)造性的破壞”的學(xué)說(shuō)觀點(diǎn)。只要人類(lèi)給新技術(shù)提供破壞現(xiàn)有的社會(huì)結(jié)構(gòu)的機(jī)會(huì)，新技術(shù)就可以創(chuàng)造奇跡。 貝瑞特說(shuō)，這有點(diǎn)像混亂統(tǒng)治的意思，不要試圖把一切都掌握在手中。

　　在回答現(xiàn)場(chǎng)提問(wèn)環(huán)節(jié)，聽(tīng)眾們請(qǐng)求貝瑞特多談?wù)勎磥?lái)的新技術(shù)發(fā)展可能來(lái)自哪些領(lǐng)域。

　　當(dāng)電路中的真空管被晶體管替代的時(shí)候，電子學(xué)就一直處于變化之中。那么，什么東西將會(huì)取代晶體管呢？

　　貝瑞特說(shuō)，這個(gè)問(wèn)題關(guān)系到64萬(wàn)億美元的市場(chǎng)，這個(gè)問(wèn)題不可能得到答案。直到晶體管的速度停止提高的時(shí)候，用其他的新技術(shù)來(lái)取代它才有實(shí)際的經(jīng)濟(jì)效益。 現(xiàn)在，晶體管的經(jīng)濟(jì)效益還非常高，你可以統(tǒng)計(jì)一下星期日版的《紐約時(shí)報(bào)》上的所有字?jǐn)?shù)，然后除以報(bào)紙的價(jià)格，你就會(huì)發(fā)現(xiàn)晶體管的單價(jià)比一個(gè)字母的價(jià)格還要便宜。

　　另一位聽(tīng)眾提出，摩爾定律讓技術(shù)變成可任意處理的了，例如我們可以每?jī)赡昊厥找淮翁O(píng)果的產(chǎn)品。從可持續(xù)發(fā)展的角度來(lái)說(shuō)，技術(shù)未來(lái)將何去何從？

　　貝瑞特說(shuō)，英特爾回收了大量的內(nèi)部材料比如化學(xué)品和氣體等等。摩爾定律還意味著當(dāng)你將產(chǎn)品的產(chǎn)量提高一倍的時(shí)候，你也會(huì)試圖去減少材料用量和資源用量。 集成電路的本質(zhì)是由鋁、銅、硅和氧等元素構(gòu)成的，這些元素都不是稀缺元素。但是在回收硬件設(shè)備和限制使用有害物質(zhì)這個(gè)方面，歐洲走在了美國(guó)的前頭。貝瑞特發(fā)現(xiàn)，美國(guó)很多州現(xiàn)在也在考慮制定類(lèi)似的法規(guī)。

　　摩爾定律還適用嗎

　　摩爾定律還適用嗎？以我們口袋里的智能手機(jī)為例，這種設(shè)備可能比幾年前的電腦還要強(qiáng)大。NASA的計(jì)算機(jī)曾幫助宇航員登上月球，而現(xiàn)在的手機(jī)比NASA曾經(jīng)使用的計(jì)算機(jī)還要強(qiáng)大數(shù)百萬(wàn)倍，這簡(jiǎn)直令人難以置信。在過(guò)去的幾十年里，我們確實(shí)看到計(jì)算能力有了很大增長(zhǎng)。我們可以坐在公交車(chē)上玩高品質(zhì)的視頻游戲，或在忘記帶“單反”的情況下拍攝4K視頻。但我們智能手機(jī)上的硬件真的還在遵循摩爾定律嗎？

　　三星Galaxy S8可能不會(huì)讓人覺(jué)得比Galaxy S7或Galaxy S6強(qiáng)大2倍。在過(guò)去幾年里，我們使用手機(jī)的方式并沒(méi)有發(fā)生太大變化?，F(xiàn)在使用普通智能手機(jī)，你幾乎可以做任何想做的事情，與2年前的旗艦智能手機(jī)相比沒(méi)什么區(qū)別。那么，智能手機(jī)技術(shù)達(dá)到頂峰了嗎？摩爾定律錯(cuò)了嗎？下面讓我們仔細(xì)看看：

　　1、規(guī)格對(duì)比

　　首先，我們可以從智能手機(jī)的規(guī)格方面來(lái)看。與以前的智能手機(jī)相比，最新智能手機(jī)規(guī)格有哪些變化？鑒于本文作者是三星手機(jī)的忠實(shí)用戶(hù)，為此他以三星多款旗艦手機(jī)為例，并從Geekbench中添加了部分基準(zhǔn)評(píng)分，以此來(lái)證明這些規(guī)格在“真實(shí)世界”中的表現(xiàn)。

　　圖表顯示，手機(jī)在漸進(jìn)式改進(jìn)，但規(guī)格和性能提高都沒(méi)有翻倍。這可能會(huì)歸結(jié)于制造商專(zhuān)注于其他功能，而不是盲目地遵守摩爾定律。智能手機(jī)不僅要比去年快得多，而且結(jié)構(gòu)也要更漂亮，電池效率、分辨率也要更高。CPU性能并不是唯一要優(yōu)先考慮的因素，這也可以解釋為什么我們?cè)谶@些方面沒(méi)有看到“翻倍”。當(dāng)然，還有更多的原因。

　　2、關(guān)于CPU工作原理

　　看看上面的表格，你可以看到GHz和性能之間的關(guān)系并不密切。僅看GHz，你會(huì)發(fā)現(xiàn)相當(dāng)扭曲的畫(huà)面。給予CPU的指令通常是連續(xù)的，并且將會(huì)在“管道（隱喻）”中排隊(duì)等待計(jì)算機(jī)執(zhí)行。時(shí)鐘速度可以告訴你CPU能夠多快地獲取并執(zhí)行每個(gè)指令。而GHz是一種測(cè)量速度的方法，2GHz的CPU可以執(zhí)行每秒20億次循環(huán)。然后，GHz數(shù)越高，CPU執(zhí)行任務(wù)、運(yùn)行代碼的速度越快。

　　但實(shí)際情況要比這復(fù)雜得多，因?yàn)镃PU可以使用各種各樣的技巧，以便在每個(gè)周期中執(zhí)行更多的指令，或者更有效地執(zhí)行它們。例如，在當(dāng)前指令完成之前，CPU就開(kāi)始獲取下個(gè)指令，并將它們的“管道”分解為多個(gè)階段，這樣可以更高效地執(zhí)行。同樣地，執(zhí)行引擎可以分成兩個(gè)獨(dú)立的單元，可以并行運(yùn)行。這種“指令級(jí)并行”（ILP）意味著可以同時(shí)執(zhí)行多個(gè)指令。

　　這些提高效率的技巧通常被描述為使“管道更寬、更長(zhǎng)”，這兩種方法都可以增加每個(gè)周期執(zhí)行指令的數(shù)量和效率。但這里也存在限制，因?yàn)橛行┤蝿?wù)需要按順序執(zhí)行，但這是從芯片中擠出更多性能的另一種方法。這意味著，在許多情況下，時(shí)鐘速度較慢的CPU仍然可以保持更快的速度。它正在經(jīng)歷更少的革命，但它正在做更多的工作。

　　在此之前，我們甚至還沒(méi)有提到擁有多個(gè)內(nèi)核來(lái)平衡任務(wù)、提高效率、節(jié)約能源、處理熱量、防止節(jié)流或使用緩存等功能，這些方法都能方便地存儲(chǔ)有用的信息。與之類(lèi)似，我們也忽略了GPU，它能處理特定類(lèi)型的任務(wù)，這些任務(wù)對(duì)于繪制圖形或內(nèi)存儲(chǔ)信息都非常有用。設(shè)備的整體性能是由許多較小的元素協(xié)同工作決定。CPU只是SoC的一小部分，而后者也是整個(gè)設(shè)備的一小部分。

　　3、芯片制造工藝

　　但請(qǐng)記住，摩爾定律所說(shuō)的是芯片上晶體管的數(shù)量。CPU上的晶體管越多，它就越“聰明”。晶體管是一種很小的開(kāi)關(guān)，可以用來(lái)創(chuàng)建邏輯門(mén)，而邏輯門(mén)則可充當(dāng)你手機(jī)的“大腦”。在芯片每平方厘米面積上安裝的晶體管越多，能夠安裝到設(shè)備里的總數(shù)就越多。這就是晶體管的密度，也就是10nm芯片中10所代表的含義。這里的nm意為“納米”，它測(cè)量的距離是單獨(dú)晶體管的一半。數(shù)字越小，晶體管就越小，所適應(yīng)的空間也就越小。

　　從美國(guó)版本的Galaxy S8中使用的高通驍龍835來(lái)看，它使用了10nm的設(shè)計(jì)。通過(guò)這種方式，它聲稱(chēng)比前身縮小了35%，節(jié)能25%。Galaxy S7上使用的三星Exynos 8890怎么樣？它屬于14nm芯片。而Galaxy S6的Exynos 7420也是14nm。這些都是定制的處理器，但它們都基于相同的ARM架構(gòu)。

　　三星和臺(tái)積電等公司目前正在開(kāi)發(fā)7nm芯片（三星贏得了10nm工藝競(jìng)賽），而臺(tái)積電已經(jīng)在尋找制造5nm和3nm芯片的工廠！最重要的是，這是另一種衡量設(shè)備性能的標(biāo)準(zhǔn)，它與摩爾實(shí)際討論的內(nèi)容擁有更緊密的聯(lián)系。很明顯，芯片性能仍在以非?？斓乃俣仍鲩L(zhǎng)，即使沒(méi)有以每個(gè)兩年翻一倍的速度加速。

　　4、晶體管的數(shù)量

　　但僅僅因?yàn)槟隳馨迅嗑w管裝進(jìn)更小的空間，并不一定意味著芯片上會(huì)有更多晶體管，這取決于芯片的大小。那么在這些CPU上你能找到多少個(gè)晶體管呢？驍龍835上擁有30億個(gè)晶體管。相比而言，人類(lèi)大腦中大約有1000億個(gè)神經(jīng)元。

　　不幸的是，這些信息對(duì)所有智能手機(jī)來(lái)說(shuō)都是不可用的，三星此前機(jī)型沒(méi)有具體數(shù)據(jù)。盡管這是一個(gè)不完美的測(cè)試，當(dāng)讓我們看看另一個(gè)移動(dòng)SoC，iPhone 5s據(jù)說(shuō)采用了蘋(píng)果A7雙核芯片，擁有10億個(gè)晶體管，僅是Galaxy S8的1/3。A8芯片上的晶體管數(shù)量達(dá)到了20億。如果我們把它們的Geekbench分?jǐn)?shù)匯集起來(lái)，我們可以看到這個(gè)結(jié)論：

　　當(dāng)然，將晶體管數(shù)量增加一倍，并不一定讓性能在現(xiàn)實(shí)世界中提高一倍。事實(shí)上，在A7和A8之間的性能差異相對(duì)較小，盡管后者晶體管數(shù)量是前者的2倍，但它們擁有相同的RAM和GHz。更大的晶體管密度并不一定會(huì)帶來(lái)更高的性能和速度，因?yàn)橹圃焐逃袝r(shí)會(huì)“選擇”如何最好地使用這些新晶體管。在某些情況下，他們可能專(zhuān)注于與性能沒(méi)有直接相關(guān)的功能。例如，ARM有一個(gè)提高SoC的功率效率的系統(tǒng)，叫做“big.Little”。它主要使用兩種不同的動(dòng)力核心來(lái)完成更輕更密集的任務(wù)。

　　這些功能更多地是出于對(duì)電池續(xù)航時(shí)間和熱量管理的關(guān)注，而不是純粹的計(jì)算速度。這是GPU通?？梢员菴PU更快地提高速度的原因之一，因?yàn)楦鼘?zhuān)注于某些功能。有趣的是，看看iPhone 8和iPhone X上的A11芯片，它有43億個(gè)晶體管。不過(guò)，麒麟970于2017年在IFA推出時(shí)，號(hào)稱(chēng)擁有55億個(gè)晶體管，以支持人工智能功能。

　　5、登納德縮放比例定律

　　登納德縮放比例定律（Dennard scaling）又被稱(chēng)為MOSFET scaling，是另一個(gè)類(lèi)似的摩爾定律。它指出，當(dāng)晶體管變小時(shí)，它們的功率密度保持不變。這意味著功率使用應(yīng)與區(qū)域關(guān)聯(lián)，而與開(kāi)關(guān)的數(shù)量無(wú)關(guān)。我們不僅要在“成本效益最佳”的情況下，每年看到晶體管的數(shù)量翻倍，而且這些晶體管應(yīng)該使用更少的功率，同時(shí)不會(huì)產(chǎn)生更多熱量。

　　為了讓摩爾定律繼續(xù)對(duì)美國(guó)智能手機(jī)消費(fèi)者和制造商有用，登納德縮放比例定律也需要成立。直到2000年，這個(gè)目標(biāo)才終于實(shí)現(xiàn)。登納德縮放比例定律在每個(gè)較低的節(jié)點(diǎn)上不再適用，這意味著無(wú)法確保這些密集的芯片必然會(huì)導(dǎo)致功耗降低。這也證明，雖然晶體管的數(shù)量增加了1倍，但其性能卻并未相應(yīng)增強(qiáng)。