集成電路產(chǎn)業(yè)效率躍升考驗(yàn)科學(xué)界 摩爾定律是否終結(jié)引熱議

每經(jīng)記者 李少婷    每經(jīng)編輯 陳俊杰    

加州大學(xué)洛杉磯分校教授Jason C.S.Woo在發(fā)表主題演講 圖片來(lái)源：主辦方供圖

“我1978年進(jìn)入大學(xué)學(xué)習(xí)半導(dǎo)體專業(yè)……見(jiàn)證了半導(dǎo)體40年來(lái)如何改變了人類社會(huì)，形成數(shù)字時(shí)代，但這40年來(lái)我老覺(jué)得有一個(gè)幽靈在徘徊——摩爾定律，它是什么意思？這個(gè)魔法什么時(shí)候失效？”

11月17日至18日，2018年未來(lái)科學(xué)大獎(jiǎng)?lì)C獎(jiǎng)典禮暨F²科學(xué)峰會(huì)在北京舉行，元禾華創(chuàng)投委會(huì)主席陳大同在“摩爾定律的終結(jié)”研討會(huì)上作了如上開(kāi)場(chǎng)白。1965年，英特爾創(chuàng)始人之一戈登·摩爾（Gordon Moore）提出了一個(gè)至今仍對(duì)集成電路產(chǎn)業(yè)影響深遠(yuǎn)的定律，也就是摩爾定律：當(dāng)價(jià)格不變時(shí)，集成電路上可容納的元器件的數(shù)目，約每隔18-24個(gè)月便會(huì)增加一倍，性能也將提升一倍。

如今這一定律似乎離終點(diǎn)越來(lái)越近，集成電路產(chǎn)業(yè)未來(lái)將循著什么規(guī)律發(fā)展？“摩爾定律不會(huì)終結(jié)。”中科院微電子研究所所長(zhǎng)葉甜春告訴《每日經(jīng)濟(jì)新聞》記者，即使現(xiàn)有規(guī)律將走向終點(diǎn)，但“變通”的摩爾定律將持續(xù)發(fā)展，比如目前業(yè)界形成共識(shí)的三維化疊加，以及未來(lái)材料上帶來(lái)的可能性。

有科學(xué)家指出，摩爾定律并非物理學(xué)定律，是基于經(jīng)濟(jì)學(xué)基礎(chǔ)的預(yù)測(cè)，而無(wú)論摩爾定律是否終結(jié)，都不意味著集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展的停滯。“對(duì)摩爾定律來(lái)講，下一個(gè)突破點(diǎn)是如何建立更多的性能，尤其是單位成本下的功能提高。”加州大學(xué)洛杉磯分校異質(zhì)集成與性能進(jìn)化中心主任Subramanian S.lyer表示。

芯片性能提升效率已越來(lái)越低

預(yù)測(cè)摩爾定律的終結(jié)已經(jīng)不是第一次。陳大同介紹，早在32年前，業(yè)界公認(rèn)摩爾定律頂多到0.1微米就會(huì)終止，但如今已經(jīng)走到10納米以下。

“摩爾定律不是物理定律，是具有經(jīng)濟(jì)學(xué)基礎(chǔ)的一個(gè)定律。”加州大學(xué)洛杉磯分校教授Jason C.S.Woo介紹，當(dāng)一個(gè)公司有效地整合資金和資源的時(shí)候，就會(huì)將其競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手甩在后面，加速尺寸的收縮，“英特爾就是這么做的，在2000年早期的時(shí)候，有很多做集成電路的，但很多人趕不上英特爾的速度”。

是什么在推動(dòng)器件數(shù)量的增加，使得晶體管變得越來(lái)越復(fù)雜？Jason C.S.Woo表示是需求，“半導(dǎo)體或者消費(fèi)行業(yè)對(duì)于晶體管產(chǎn)品的需求非常大，從銷售量來(lái)看是一直攀升，以指數(shù)級(jí)的數(shù)量在增長(zhǎng)。”而高營(yíng)收與高研發(fā)投入則實(shí)現(xiàn)了良性循環(huán)，推動(dòng)了技術(shù)的進(jìn)步。

但摩爾定律的腳步正在放慢。Jason C.S.Woo介紹，自2010年起，器件數(shù)量的增長(zhǎng)速度在放緩，至少功能放大的速度在放緩。

根據(jù)摩爾定律，在一定面積上增加器件數(shù)量，意味著器件需要不斷收縮，但集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展幾十年后，器件的收縮以及收縮后的控制越來(lái)越難以做到。“我們用增加晶體管的方式來(lái)使芯片增加性能，這個(gè)效率已經(jīng)越來(lái)越低，或者最終停止。”俄亥俄州立大學(xué)Robert M.Critchfield講席教授張曉東表示。

對(duì)此，科學(xué)家們提出了不同的解決方法。Jason C.S.Woo認(rèn)為，除了尺寸的極限外，也可以尋找其他的極限，比如可以尋找耗電量更低的技術(shù)。Subramanian S.lyer則提出，對(duì)于解決大數(shù)據(jù)時(shí)代電子產(chǎn)品的高性能與高效能之間的問(wèn)題，一個(gè)是可以使用先進(jìn)的封裝技術(shù)，另一個(gè)是可以使用新穎的計(jì)算架構(gòu)。

“大家經(jīng)常開(kāi)玩笑說(shuō)，相對(duì)于半導(dǎo)體整體行業(yè)全部的投資，封裝領(lǐng)域的投資比例很小，所以封裝投資需要繼續(xù)跟上，我們希望情況有所改變。”Subramanian S.lyer表示。

業(yè)界呼吁跨領(lǐng)域協(xié)同創(chuàng)新

“摩爾定律在過(guò)去50年起到了很大的作用，相當(dāng)于一個(gè)共同的旋律，整個(gè)行業(yè)在共同的旋律下一起進(jìn)步。我們?nèi)绻矚g跳舞，沒(méi)有音樂(lè)就不跳了嗎？我們可以跳啊。要么找到共同的旋律，要么找到自己喜歡的音樂(lè)分成小撥。”中科院院士劉明表示。

“現(xiàn)在摩爾定律的腳步在放慢，但在下一代的演進(jìn)（目標(biāo)）是多樣化和豐富化。如果芯片的摩爾定律往后退一步，要求更多的智能設(shè)計(jì)和系統(tǒng)設(shè)計(jì)，也要推動(dòng)下一步的發(fā)展。”Jason C.S.Woo介紹。

對(duì)于摩爾定律是否會(huì)終結(jié)，業(yè)界從不同的角度仍有諸多討論，但已達(dá)成共識(shí)的是，摩爾定律的終結(jié)并不意味著集成電路不再發(fā)展。

中科院微電子研究所所長(zhǎng)葉甜春指出，單位面積內(nèi)增加更多的晶體管，一方面可以不斷的縮小器件的大小，另一方面可以將晶體管做三維集成，另外，材料的進(jìn)步對(duì)于集成電路產(chǎn)業(yè)的發(fā)展也非常重要。

除了從集成電路產(chǎn)業(yè)本身尋找突破點(diǎn)，科學(xué)家們還呼吁“不要把全部壓力放在集成電路上”。“集成電路的性能以達(dá)到如此高密度的集成度，但潛力還遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒(méi)有發(fā)揮出來(lái)。就是說(shuō)，我們芯片的集成度進(jìn)度放緩，計(jì)算機(jī)領(lǐng)域更應(yīng)該找到新的創(chuàng)新路徑。”葉甜春表示。

葉甜春認(rèn)為，如果摩爾定律可以不斷地縮小芯片的尺寸，計(jì)算機(jī)從業(yè)者能不能把代碼做得更簡(jiǎn)單一點(diǎn)？這樣集成做起來(lái)就沒(méi)有那么吃力，“我覺(jué)得未來(lái)有可能走到這一條路上。這是需要跨行業(yè)跨領(lǐng)域的協(xié)同創(chuàng)新。”