脫離摩爾定律束縛半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)挑戰(zhàn)與機(jī)遇并存

　　相信近期關(guān)注硬件新聞的朋友們，都了解到Intel準(zhǔn)備改變“Tick-Tock”產(chǎn)品模式的消息。Intel將原本兩年為一個(gè)周期的硬件升級(jí)模式，變更為“制程-架構(gòu)-優(yōu)化”(PAO)的三步走戰(zhàn)略。這一消息從Intel提交給美國(guó)證券交易委員會(huì)的10-K文件中可以證實(shí)。這也標(biāo)志著Intel的處理器產(chǎn)品將會(huì)從兩年一個(gè)升級(jí)周期正式變更為三年一個(gè)升級(jí)周期，這也對(duì)出現(xiàn)了50多年的摩爾定律造成了巨大的沖擊。

　　究其原因，其實(shí)是眾多因素共同作用的結(jié)果。首先，自然是制造工藝帶來(lái)的壓力。眾所周知，制作處理器的基本原料是硅，在目前沒(méi)能找到更有效的替代品時(shí)，制程的進(jìn)步就要面臨著對(duì)極限一次又一次的挑戰(zhàn)，隨之而來(lái)的是制造成本的成倍增長(zhǎng)。同時(shí)，更高的精度意味著更低的良品率，這樣就再次加大了產(chǎn)品的制造成本。當(dāng)一款產(chǎn)品的制造成本遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)其應(yīng)有的銷(xiāo)售價(jià)格時(shí)，是很難以消費(fèi)級(jí)產(chǎn)品的形式投入到市場(chǎng)中的。

　　另外，從SNB時(shí)代起，單靠提升制程已經(jīng)很難大幅提升處理器的性能了，因此處理器廠商們必須找到更加有效的升級(jí)方式，才能繼續(xù)推進(jìn)處理器產(chǎn)業(yè)的性能飛躍，這就如同當(dāng)年的奔騰系列處理器在性能上遭遇瓶頸，Intel選擇了雙核心和超線程一樣。目前處理器市場(chǎng)仍然遇到了性能瓶頸，因此Intel需要更多的時(shí)間來(lái)研發(fā)、調(diào)整和完善旗下的處理器產(chǎn)品。

　　摩爾定律的前世今生

　　在上文中我們提到了“摩爾定律”，它是由Intel創(chuàng)始人之一戈登·摩爾(GordonMoore)在1965年提出來(lái)的。其內(nèi)容為：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。這一定律經(jīng)過(guò)了半個(gè)世紀(jì)的驗(yàn)證，不僅是在微處理芯片領(lǐng)域，包括半導(dǎo)體存儲(chǔ)器及系統(tǒng)軟件在內(nèi)的研發(fā)和升級(jí)都與“摩爾定律”的內(nèi)容相吻合。

　　僅以微處理器的部分來(lái)看，從1979年的8086和8088，到1982年的80286，1985年的80386，1989年的80486，1993年的Pentium，1996年的PentiumPro，1997年的PentiumII，功能越來(lái)越強(qiáng)，價(jià)格越來(lái)越低，每一次更新?lián)Q代都是摩爾定律的直接結(jié)果。與此同時(shí)PC機(jī)的內(nèi)存儲(chǔ)器容量由最早的480k擴(kuò)大到8M，16M，與摩爾定律更為吻合。

　　為了更好的遵循這一定律，Intel在2007年為旗下的處理器產(chǎn)品推出了“Tick-Tock”的升級(jí)模式。其中的Tick代表制程、Tock代表架構(gòu)，而“Tick-Tock”原則是以年為計(jì)算單位的，所以總結(jié)一下“Tick-Tock”就是每一年推出一代嶄新制程的產(chǎn)品、下一年就在嶄新制程的基礎(chǔ)上推出嶄新架構(gòu)的產(chǎn)品。

　　為何要舍棄摩爾定律

　　芯片巨頭Intel的這次產(chǎn)品戰(zhàn)略轉(zhuǎn)型，直接導(dǎo)致的結(jié)果就是其后續(xù)產(chǎn)品不再遵循摩爾定律兩年為一個(gè)硬件升級(jí)周期的原則，從目前的市場(chǎng)狀況來(lái)分析，這種情況的出現(xiàn)是必然的。首先，以硅為原材料的制造工藝，已經(jīng)達(dá)到了一個(gè)瓶頸階段，當(dāng)我們不能在短時(shí)間內(nèi)找到有效的替代物時(shí)，研發(fā)的速度自然要放緩。

　　其次，處理器的發(fā)熱問(wèn)題一直是芯片廠商亟待解決的問(wèn)題之一。從宏觀上來(lái)看，越是精細(xì)的設(shè)備，其發(fā)熱量就會(huì)越小，但當(dāng)處理器的制造工藝達(dá)到了一定程度時(shí)，硅電路里的電子移動(dòng)越來(lái)越快，芯片開(kāi)始變得過(guò)熱。雖然包括Intel在內(nèi)的很多廠商都在不斷努力解決散熱的問(wèn)題，比如多核心設(shè)計(jì)、3D晶體管技術(shù)等，不過(guò)在處理器的核心達(dá)到8個(gè)或更多時(shí)，很多程序都無(wú)法完全利用到全部的核心，這就造成了性能的不對(duì)等。

　　廠商策略偏離摩爾定律還有一個(gè)重要的原因，就是目前移動(dòng)設(shè)備大行其道，傳統(tǒng)的臺(tái)式機(jī)已經(jīng)無(wú)法滿足人們?nèi)找嬖鲩L(zhǎng)的使用需求，移動(dòng)設(shè)備對(duì)于處理器的發(fā)熱和功耗有著更嚴(yán)格的要求。并且不同移動(dòng)設(shè)備對(duì)于處理器的參數(shù)需求也不同，這就導(dǎo)致處理器廠商無(wú)法像從前一樣大批量生產(chǎn)同樣型號(hào)的產(chǎn)品，再次提升了產(chǎn)品的制造成本。

　　未來(lái)挑戰(zhàn)與機(jī)遇并存

　　當(dāng)然，脫離的摩爾定律的束縛，也不完全是件壞事。由于摩爾定律的存在，硬件廠商或多或少的會(huì)根據(jù)摩爾定律來(lái)制定各自的產(chǎn)品發(fā)展規(guī)劃，一部分的產(chǎn)品確實(shí)獲得了飛速的進(jìn)步，但也有一部分的產(chǎn)品本應(yīng)發(fā)展的更為迅速，卻為了遵循摩爾定律，并保持和其他廠商同步，故意放慢了前進(jìn)的腳步。

　　當(dāng)一些更多的廠商不再以摩爾定律為基準(zhǔn)，勢(shì)必會(huì)產(chǎn)生出更具創(chuàng)造力和飛躍性的產(chǎn)品。軟件行業(yè)也是同樣的道理，為了追求極致的效率，程序員們可以依靠本應(yīng)在未來(lái)幾年才能夠出現(xiàn)的硬件平臺(tái)，編寫(xiě)更加超前的應(yīng)用程序。

　　另一方面，臺(tái)積電、三星等芯片廠商為了謀求更好的發(fā)展，勢(shì)必會(huì)采取更加激進(jìn)的產(chǎn)品策略，將工藝提升至極限之后，或許會(huì)找到更優(yōu)質(zhì)的芯片制造材料。同時(shí)量子計(jì)算機(jī)或許也會(huì)加速發(fā)展，能夠更快的從理論階段變?yōu)閷?shí)際產(chǎn)品。