摩爾定律時代即將離去

2021-02-15 21ic電子網

半個世紀以來,處理器產品發展速率與摩爾定律遙相呼應,整個發展過程都顯得那麼有條不紊,直到夢醒。

踐行摩爾定律中遇到的第一個技術瓶頸:發熱的難題

在90納米時代,應變矽技術問世。在45納米時代,一種能提高電晶體電容的新材料推出。在22納米時代,三柵極電晶體使晶片性能變得更強大。然而到了二十一世紀後,工藝製程發展到了90nm以下時,這種增益效應就開始不再明顯。製造商們發現,電子在矽電路中跑得愈快,晶片就愈熱。

如果晶片按照摩爾定律的路線圖越來越小,那麼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。

踐行摩爾定律中遇到的第二個技術瓶頸:計算的移動化。

與第一個技術瓶頸不同的是這一問題是人們始料未及的,現在日常的「計算」工作已經越來越多的交由智慧型手機和平板電腦來完成。人們對於這些行動裝置的需求完全不同於傳統的PC和筆記本電腦,移動化計算已經成為了一種趨勢。


在典型的智慧型手機應用場景中,晶片不僅要為語音通話、Wifi、藍牙以及GPS等功能隨時待命,還要對觸摸感應、距離感應、加速度測算、磁場感應甚至指紋識別等功能提供全天候支持。所以智慧型手機必須有一套專用的電源管理系統來負責協調電路功耗和用戶體驗。

那麼問題來了,晶片製造商所要面對的是:這種特殊需求將會破壞摩爾定律自我強化的發展周期。

對於許多的專用電路來說,設計仍然是一項需要耗費大量時間和人力的傳統工作。換句話說,當下困擾晶片商的難題不是技術,而是成本。

晶片工藝的每次提升,都意味著製造商們要製造出更加精確的光刻機。以現在的經濟水平來看,建立一個新的生產線通常都需要數十億美元,大部分企業都無法承擔這麼多的成本投入,而行動裝置市場的碎片化問題則進一步加劇了資金回流的難度。

種種這些技術難題都意味著以摩爾定律為驅動的路線圖走到了盡頭,即使是摩爾本人,也表示摩爾定律或將於10年內終隕。


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