摩尔定律走向终结，半导体行业何去何从？

下个月，全球半导体行业将正式认可一个已经被讨论许久的问题：从上世纪60年代以来一直在推动IT行业发展的摩尔定律正在走向终结。正式抛弃摩尔定律的半导体行业将何去何从？

以下为文章主要内容编译：

摩尔定律可以说是整个计算机行业最重要的定律，它其实是一个预言：每两年微处理器的晶体管数量都将加倍--意味着芯片的处理能力也加倍。这种指数级的增长，促使上世纪70年代的大型家庭计算机转化成80、90年代更先进的机器，然后又孕育出了高速度的互联网、智能手机和现在的车联网、智能冰箱和自动调温器等。

这个看起来自然而然的进程，实际很大程度也是人类有意控制的结果，芯片制造商有意按照摩尔定律预测的轨迹发展：软件开发商新的软件产品日益挑战现有设备的芯片处理能力，消费者需要更新为配置更高的设备，设备制造商赶忙去生产可以满足处理要求的下一代芯片。上世纪90年代以来，半导体行业每两年就会发布一份行业研发规划蓝图，协调成百上千家芯片制造商、供应商跟着摩尔定律走，这样的战略，有时也被称之为"更多摩尔"（More Moore），由于这份规划蓝图的存在，整个计算机行业才跟着摩尔定律按部就班地发展。

但现在，这种发展轨迹要告一段落了。由于同样小的空间里集成越来越多的硅电路，产生的热量也越来越大，这种原本两年处理能力加倍的速度已经慢慢下滑。此外，还有更多更大的问题也慢慢显现，如今顶级的芯片制造商的电路精度已经达到14纳米，比大多数病毒还要小。但是，全球半导体行业研发规划蓝图协会主席保罗·加尔吉尼（ Paolo Gargini）表示："到2020年，以最快的发展速度来看，我们的芯片线路可以达到2-3纳米级别，然而在这个级别上只能容纳10个原子，这样的设备，还能叫做一个‘设备’吗？"

恐怕不能。到了那样的级别，电子的行为将受限于量子的不确定性，晶体管将变得不可靠。在这样的前景下，尽管这方面已经有无数研究，但目前人们仍然无法找到可以替代如今的硅片技术的新的材料或技术。

下个月发布的行业研究规划蓝图将史无前例地不以摩尔定律为中心，相反，新的战略可能是"超越摩尔"（More than Moore ）：与以往首先改善芯片、软件随后跟上的发展趋势不同，以后半导体行业的发展将首先看软件--从手机到超级电脑再到云端的数据中心--然后反过来看要支持软件和应用的运行需要什么处理能力的芯片来支持，由于新的计算设备变得越来越移动化，新的芯片中，可能会有新的一代的传感器、电源管理电路和其他的硅设备。

这种局势的转变，也改变了半导体行业围绕摩尔定律不再团结一致。"大家都不确定新的研究规划蓝图意味着什么，" 爱荷华大学计算机科学家丹尼尔·里德（Daniel Reed）表示。位于华盛顿DC的 半导体行业协会（The Semiconductor Industry Association, SIA）代表所有美国半导体企业，已经表示不再参与全球半导体行业研究规划蓝图的章程，而是自行决定研发进度。

尽管摩尔定律已经走向黄昏，但这并不意味着半导体行业停止了发展。丹尼尔·里德将之与飞机制造行业进行比较："现在的波音787并不比上世纪50年代的波音707快多少--但这两个型号的飞机可差太多了，波音787的创新体现在其他地方，比如全电子控制、碳纤维机身等，计算机行业也是如此，创新将会继续，但是会体现在更细小和更复杂的地方。"

摩尔定律的诞生

在1965年那篇著名的论文发表之前，戈登·摩尔(Gordon Moore) 是位于加州圣何塞的仙童半导体公司的研发总监，他已经预测了家用计算机、电子腕表、自动驾驶汽车以及"个人可移动沟通设备"--手机的诞生，但1965年那篇关于后来被称为"摩尔定律"的预测的论文真正使他名声大噪，这篇论文的核心是关于未来计算机行业发展的时间表，基于对仙童以及其他半导体企业的了解，摩尔预计每年每芯片的晶体管和其他电子元件的数量都将加倍。

摩尔随后在加州圣塔克拉拉创办了英特尔，不过，在上述论文里，他显然高估了芯片更新换代的速度，1975年，他将这个预测修改到更为现实的两年加倍，随后，上世纪70年代和80年代，随着惠普个人电脑、Apple II计算机和IBM PC等个人消费产品的诞生，行业对芯片的处理能力要求越来越高，体积要求越来越小，摩尔的预言开始成真。

这样的发展是很昂贵的，芯片处理能力的提升意味着将更多的电路集成到芯片中来，从而电子可以从中移动地更快，这也对影印石版术（即将电路等微元件蚀刻到硅表面的技术）的要求越来越高。但是，在半导体行业发展的鼎盛时期，这并不是特别大的