半導(dǎo)體先驅(qū)戈登·摩爾和他的摩爾定律

2023年3月24日，戈登·摩爾與夏威夷的家中在親友的陪同下停止了呼吸，享年94歲。作為半導(dǎo)體行業(yè)的奠基人，英特爾的聯(lián)合創(chuàng)始人，也許您不了解戈登·摩爾先生傳奇的一生，但是您一定聽說過，那個(gè)影響了半導(dǎo)體行業(yè)半個(gè)多世紀(jì)的“預(yù)言”——摩爾定律，即：未來集成電路上的晶體管每18個(gè)月就能翻一番。單個(gè)晶體管的價(jià)格會(huì)持續(xù)下降，芯片計(jì)算能力會(huì)越來越強(qiáng)。

在如今，對于摩爾定律是否已經(jīng)過時(shí)的討論已經(jīng)充滿了整個(gè)互聯(lián)網(wǎng)，這篇文章想帶領(lǐng)各位讀者來回顧一下戈登·摩爾先生非凡的一生，和他的摩爾定律對于整個(gè)半導(dǎo)體行業(yè)的巨大影響。

戈登·摩爾的傳奇一生

1929年1月3日，戈登·摩爾出生在加州舊金山的佩斯卡迪諾一家平凡且普通的人家，父親是一位政府的小官員，而母親則只有中學(xué)學(xué)歷，早早地做了家庭主婦。但很快摩爾就展現(xiàn)出了他對于化學(xué)的濃厚興趣，鄰居家的孩子在圣誕節(jié)收到了一個(gè)啟蒙用的化學(xué)小裝置，面對這個(gè)裝有許多真正化學(xué)試劑的小實(shí)驗(yàn)臺，小摩爾著了迷，整天跑到鄰居家里去，研究這些小東西，他開始想成為一個(gè)化學(xué)家。很快，在高中畢業(yè)后成績很好的戈登·摩爾進(jìn)入了著名的加州大學(xué)伯克利分校的化學(xué)專業(yè)，實(shí)現(xiàn)了自己的少年夢想。1950年，摩爾獲得了學(xué)士學(xué)位，接著他繼續(xù)深造，于1954年獲得物理化學(xué)博士學(xué)位。

幾年之后，在諾貝爾將獲得者威廉·肖克利的邀請下，戈登·摩爾作為一名化學(xué)專家加入了肖克利半導(dǎo)體公司，從此摩爾決定不在進(jìn)行那些虛無縹緲的化學(xué)理論研究，他開始考慮理論的最終落地，先要做出一點(diǎn)真正可以改變這個(gè)世界的應(yīng)用。事實(shí)證明，摩爾的選擇是正確的，在肖克利半導(dǎo)體公司的摩爾雖然沒有做出什么驚天動(dòng)地的大成就，但是，在這里他結(jié)實(shí)了自己一生最好的合作伙伴，羅伯特·諾伊斯。有小道消息稱，肖特利雖是天才一般的科學(xué)家，但是在管理上缺一竅不通，員工們很難與其相處，一年之中，實(shí)驗(yàn)室沒有研制出任何像樣的產(chǎn)品。

于是在1957年，羅伯特·諾伊斯帶頭，帶著戈登·摩爾和公司里意氣相通的其他6個(gè)人，一同向肖克利遞交了辭職書，肖克利怒不可遏地罵他們是“八叛逆”，但是這八個(gè)年輕人還是義無反顧地離開了他們的“伯樂”，成立了之后將影響整個(gè)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的仙童半導(dǎo)體公司。

著名的硅谷“八叛徒”。左一為戈登·摩爾，左四為羅伯特·諾伊斯

1965年，摩爾在雜志《Electronics》上暢想未來，提出了影響半導(dǎo)體行業(yè)小60年的著名“預(yù)言”，即，未來集成電路上的晶體管每18個(gè)月就能翻一番。單個(gè)晶體管的價(jià)格會(huì)持續(xù)下降，芯片計(jì)算能力會(huì)越來越強(qiáng)。

在1968年，摩爾和諾伊斯離開仙童半導(dǎo)體公司創(chuàng)辦了存儲芯片公司，這個(gè)全新的公司在不久之后被命名為英特爾（Intel）。直到1975年，摩爾一直擔(dān)任英特爾公司的執(zhí)行總裁，從1979年到1987年，摩爾擔(dān)任該公司董事長兼首席執(zhí)行官，直到1997年他一直擔(dān)任董事長。摩爾在位期間，同羅伯特·諾伊斯一起帶領(lǐng)工程師發(fā)明了微處理器，世界第一個(gè)微處理器4004，到90年代的英特爾奔騰系列，英特爾在戈登·摩爾的領(lǐng)導(dǎo)下，無疑走在了正確的道路上，確立了自己CPU的巨人地位。對于上個(gè)世紀(jì)這場個(gè)人計(jì)算機(jī)工業(yè)萌芽并獲得了飛速的發(fā)展，戈登·摩爾無疑是這場偉大變革的最大推動(dòng)者和勝利者。

2005年，摩爾在接受采訪時(shí)回憶這段經(jīng)歷時(shí)說道：“能在正確的時(shí)間出現(xiàn)在正確的地方真是太好了。我很幸運(yùn)能夠在半導(dǎo)體行業(yè)處于起步階段時(shí)進(jìn)入這個(gè)行業(yè)。而且我有機(jī)會(huì)，從我們無法制造單個(gè)硅晶體管的時(shí)代，成長到將17億個(gè)硅晶體管放在一個(gè)芯片上的時(shí)代！這是一次非凡的旅程。”

戈登·摩爾晚年致力于慈善事業(yè)，以他與妻子之名成立的戈登與貝蒂·摩爾基金會(huì)投入數(shù)十億美元，長期支持環(huán)境保護(hù)、患者護(hù)理和科學(xué)發(fā)現(xiàn)。但戈登·摩爾留給世人的遺產(chǎn)，遠(yuǎn)不止于此。

摩爾定律對于半導(dǎo)體事業(yè)的重大影響

準(zhǔn)確來說，摩爾定律不應(yīng)該被稱為一種“定律”，它并不是一項(xiàng)物理發(fā)現(xiàn)，它是一個(gè)人為設(shè)定的目標(biāo)。其數(shù)學(xué)本質(zhì)是指數(shù)，而摩爾定律的初衷是預(yù)測而非約束。在2008年，摩爾先生在接受采訪的時(shí)候也坦誠地說到：“我只是想傳達(dá)這個(gè)信息，即通過在芯片上放越來越多的東西，我們將讓所有電子產(chǎn)品越來越便宜。”

但是，在客觀上，對于整個(gè)行業(yè)來說，其實(shí)是非常殘酷的，意味著英特爾要以指數(shù)的速度發(fā)展，不斷前進(jìn)，才能立足于半導(dǎo)體的武林。要么被別人淘汰，要么自己淘汰昨天的自己。有人說，摩爾定律是行業(yè)發(fā)展的節(jié)拍器，指揮整個(gè)行業(yè)一往無前，但是在上個(gè)世紀(jì)的背景下，與其說是節(jié)拍器，倒不如說是一臺不斷向前的壓路機(jī)，跟不上摩爾定律的公司，就會(huì)被無情的壓入歷史的公路之下，成為后人前進(jìn)的墊腳石。但是另一個(gè)方面來講，摩爾定律被視為半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)發(fā)展的指導(dǎo)原則，推動(dòng)了科技行業(yè)的快速增長。幾十年來，摩爾定律一直被認(rèn)為是科技進(jìn)步的主要?jiǎng)恿χ唬瑢τ谟?jì)算機(jī)、通信和消費(fèi)電子等行業(yè)產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的影響。

而到了如今這個(gè)節(jié)點(diǎn)，隨著工藝制程逐漸開始逼近物理極限，關(guān)于摩爾定律是否還能繼續(xù)存在的討論日漸激烈，對此，摩爾先生在2015年接受采訪時(shí)就堅(jiān)定的表示：“摩爾定律不會(huì)永遠(yuǎn)有效，但如果良好的工程技術(shù)得到應(yīng)用，那么摩爾定律仍可以堅(jiān)持 5到 10 年時(shí)間?！?/p>

對此持不同意見的是英偉達(dá)CEO黃仁勛先生，他曾在多個(gè)場合公開表示“摩爾定律已經(jīng)結(jié)束”這一觀點(diǎn)。他指出，摩爾定律過去是每 5 年增長 10 倍，每 10 年增長 100 倍。而如今，摩爾定律每年只能增長幾個(gè)百分點(diǎn)，每 10 年可能只有 2 倍。因此，摩爾定律結(jié)束了。但是筆者想說的是，不論半導(dǎo)體行業(yè)摩爾定律失效與否，其影響已經(jīng)滲透到了大部分信息技術(shù)行業(yè)。

有源源不斷各種“類摩爾定律”被提出，就比如，推出了ChatGPT的OpenAI，其首席執(zhí)行官Sam Altman，最近提出了“一個(gè)新版本摩爾定律”：“宇宙中的智能數(shù)量將在每18 個(gè)月后翻一番?！?/p>

甚至在量子領(lǐng)域，摩爾定律也被延續(xù)了下去，IBM 在 2019 年提出，量子計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)的量子體積，將每年增加一倍。

總結(jié)來說，摩爾定律失效與否，筆者認(rèn)為并不重要，摩爾定律最大的意義是鞭策科技前進(jìn)，讓無數(shù)科技公司愿意攀登無人登頂?shù)目萍紟p峰。有了戈登·摩爾的珠玉在前，無數(shù)行業(yè)誕生了自己的摩爾定律，這才是重要的事兒：為行業(yè)提供升級的動(dòng)力。戈登·摩爾一生追求創(chuàng)新、對科技的進(jìn)步永葆熱情，這影響著硅谷乃至全世界的科學(xué)家和工程師，并在無形之中指導(dǎo)著他們的思想和行動(dòng)。在筆者看來，這才是他留給世人最重要的貢獻(xiàn)。