5分钟,看尽半导体和摩尔定律“你追我赶”的抗衡50年

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“摩尔定律过去是每 5 年增长 10 倍,每 10 年增长 100 倍。而如今,摩尔定律每年只能增长几个百分点,每 10 年可能只有 2 倍。因此,摩尔定律结束了。”

今年一月份,英伟达(Nvidia)CEO黄仁勋在CES2019 展会上,如此预测了摩尔定律的未来。

摩尔定律是所有计算机人都耳熟能详的词。 1965 年,英特尔联合创始人戈登·摩尔(Gordon Moore)提出了这一想法,即集成电路上可容纳的元器件的数量每隔 18 至 24 个月就会增加一倍,性能也将提升一倍。

半个世纪以来,这条定律都非常准确的预测了半导体行业的发展趋势,成为计算机处理器制造的准则,也成为了推动科技行业发展的“自我实现”的预言。然而近年来,关于摩尔定律放缓或者失效的声音越来越多。

一家名叫datagraph的机构近期制作了一个视频,希望探究摩尔定律vs. CPU/GPU发展的进程。

不到五分钟的视频从 1965 年摩尔定律的提出开始,横跨半个世纪。从中可以一窥微处理器的早期,到英特尔的主导地位,以及近年来英伟达和GPU的崛起。

在 1965 年 4 月 19 日出版的《电子杂志》 35 周年纪念上,时任Fairchild Semiconductor研发部主任的摩尔发表了一篇《Cramming more components onto integrated circuits(把更多组件放在集成电路上)》,正式提出了摩尔定律。

视频中粉红色的条是指根据摩尔定律,理论上一个半导体芯片上集成的晶体管和电阻数量,蓝色的条是指CPU,绿色的条是指GPU。

最初的最初,这个数字仅仅是72。

微处理器的早期时代

1974 年,德州仪器推出首个高性能的商用微处理器TI TMS 1000,首次超越了同期摩尔定律的预测!

这是一家应该在芯片发展史上有姓名的公司,如今的德州仪器已经逐渐被大多数人遗忘,但是,在德州仪器红火的时候,世界上还没有英特尔和高通。在ios和Android系统还没火起来的那个年代,德州仪器基本上把持了所有的手机处理器市场。当年最受追捧的手机品牌诺基亚,就是德州仪器处理器的忠实用户。

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1975 年,摩尔本人更新了摩尔定律,将半导体行业的发展周期从 12 个月增加至 24 个月。在随后 30 年中,通过缩小芯片上元件的尺寸,芯片发展一直遵循着摩尔定律。

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值得一提的是,摩托罗拉曾经也是CPU大佬,在早期的时候摩托罗拉可以说也曾是半导体业界巨头,代表产品包括了MC6800,68K等,还和IBM,苹果合作了PowerPC系列芯片(摩托罗拉半导体负责制造该芯片),目前仍在军事领域影响颇大。其中, 1979 年的Motorola68000 系列基本是 8 位时代能稳定采购到的最好用的处理器,在诞生 40 年后的今天,依然还在被使用。

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1982 年,英特尔推出 80286 处理器,在pc/at机时代被广为使用,一直持续到 90 年代。

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1987 年,德州仪器浏览器发布Lisp芯片,这也是首款基于Lisp语言用于AI计算的芯片。

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进入 90 年代,摩尔定律预言的晶体管数量一度领先业界, 93 年,英特尔第五代微处理器诞生。之后,英特尔作为芯片大佬一度垄断市场,甚至导致了整个 90 年代芯片行业的缓慢发展,直到,英伟达和GPU的出现。

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GPU出现,摩尔定律进入新阶段

1997 年,GPU芯片诞生,像一条跳入市场的鲶鱼,将摩尔定律和半导体世界带入了一个新的阶段。

GPU也就是Graphic Processing Unit(图形处理器), 1999 年,当英伟达发布GeForce256 图形处理芯片时首先提出这一概念。

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GPU诞生后,整个芯片世界也进入了飞腾时期,英伟达、AMD和英特尔几家大佬群雄逐鹿。

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AMD在这一阶段劲头很猛烈,在 2003 年将x86 指令集扩展到x86-64。这是一个值得被记住的重大成功,这一进展导致英特尔不得不放弃Itanium并复制AMD的指令集,并重振其x86 系列。直到今天,x86- 64 依然被称为AMD64。

接下来,整个芯片行业的发展迅猛,晶体管数量指数级增长,将摩尔定律甩在身后。 2005 年,摩尔甚至自己发布了声明,“摩尔定律已死, 10 到 20 年内,我们会抵达一个极限”。

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2012 年 1 月 16 日发布的由台积电代工的AMD Radeon HD7000 系列GPU芯片,采用28nm制程,显示核心采用“次世代图形核心”(Graphics Core Next)架构。

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摩尔定律已死?

时间轴终于推进到 2019 年,这个时候多数生产者,包括摩尔自己,都预言摩尔定律会在 2025 年失效。

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但是并不是所有人对于摩尔定律在未来是否继续有效持悲观态度,在日前于美国举办的Hotchips上,台积电研发负责人、技术研究副总经理黄汉森(Phillip Wong)博士做了一个题为《What will the next node offer us》的演讲,他就摩尔定律未来的看法提出了自己的观点。

他认为:“摩尔定律依然有效且状况良好,它没有死掉、没有减缓、也没有患病。”

如今,台积电的7nmFinFet芯片已经商用,黄汉森也表示,5nm芯片也在紧张的研制当中,已经投入试生产,而台积电的下一步是3nm芯片。

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对摩尔定律,有人悲观,有人乐观,未来究竟如何呢?就像视频中最后的那行字——“We shall see”。

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