‧ 晶片技術在摩爾定律失效之後要何去何從？

騰訊數碼肖恩

摩爾定律問世距今已有50多年的時間了，而就在它的51歲生日到來之前，晶片產業已經準備好要超越它了。

在下個月，全球半導體產業將會發佈最新的電腦晶片技術兩年評估報告。而在這份報告當中，業界將第一次忽略所謂「定律」的存在，而它一直是之前所有報告當中的核心：晶片製造技術的充足發展可讓技術公司每兩年縮小一次電晶體的體積。

而新的預測報告第一次提出了晶片技術的進步，將伴隨著應用物件——智慧手機、可穿戴設備和機器運營的資料中心等——一同到來，而非跟隨原始計算速度和性能的發展。與此同時，摩爾定律將不再被認為是路線圖的中心。

摩爾定律其實並不是科學定律，而是對於1965年晶片產業技術發展的一次非正式觀察。在這一年裡，Gordon Moore（隨後的英特爾聯合創始人）為Electronics Magazine雜誌撰寫了一篇自己的感想。他認為，等到1975年，一款單晶片將包含（當時看來）難以想像的7.5萬個電晶體。而在如今的主流晶片當中，電晶體的數量已經達到了幾十億。

幾乎每一種電腦和電子設備形式都從半導體工程師們的不懈努力當中直接獲益，後者設法逾越了電子和材料科學當中看似無法逾越的障礙。他們所實現的技術進步為整個社會在資訊處理方面的能力起到了長足的推動作用，同時讓資訊獲取變得更加快速和方便。計算晶片的每一代更新都帶來了體積的縮小和成本的降低。

在很長一段時間裡，業界一直在討論摩爾定律是否可以壽終正寢了，而這一次的情況又和以往不盡相同。晶片產業目前正面對著一些相當基本的限制，這也讓不少業內人士認為現在是時候去重新思考我們看待計算技術發展的方式了。

簡單來講，晶片體積的縮小不能違反物理學定律。

目前市面上最先進的晶片是由英特爾的14奈米技術所製作而成的。在14奈米的大小之下，晶片中的每一個獨立元件都要比普通的病毒粒子更小，同時接近於細菌的外細胞壁。由於生產的複雜度和成本之高，目前只有4家公司被認為有能力使用這種複雜技術，他們分別是英特爾、三星、台積電和Global Foundries。

在這個半導體路線圖當中，下一次的技術進步將把我們帶到10奈米時代，而使用這種技術製作的晶片最早可能會在今年就率先問世。在那之後，7奈米技術也會在2018或2019年到來。英特爾目前的規劃只有這麼遠，而台積電表示他們可在明年實現7奈米，且目前正在爭取讓5奈米成為現實。在如此的大小之下，晶片上的元素就只有一股DNA的兩倍大而已。

而如果進一步縮小，那麼晶片上的設計項目就和10個獨立原子差不多大了。在這樣的大小之下，電子的行為會開始變得不穩定：經典物理學定律在這裡將不再適用，並會被不穩定性原理所取代。你或許有能力把晶片做到這麼小，但它們是否還能正常工作就說不定了。

這一切都表明，晶片技術的未來發展實際上是非常複雜的。正如愛荷華大學電腦科學家Daniel Reed曾說的那樣，波音787如今的飛行速度並不比70年代的波音707快多少，但在此期間我們看到了其他方面大量的技術創新，包括燃油效率的提升，更輕的機身和電子導航系統。