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文/@硅谷王川 來源：investguru（ID:investguru） 摘要：本文剖析了為什么摩爾定律會一直發展, 但人們還會繼續錯誤地預測摩爾定律要死的本質原因。 1/ 關于摩爾定律的話題，我在 2016年， 在我的微信公眾號里寫了六篇連載文章， 標題叫做 ”摩爾定律還能走多遠?" 2/ 那么最后的結論是摩爾定律是個經濟規律， 是一個技術發展，市場擴大，單價降低，利潤再回饋到研發的良性循環。 3/ 但是仔細觀察，會發現存在這樣一個問題，就是很多業界的大拿，不斷預測摩爾定律要死掉，但是摩爾定律從 1965年四月被首次提出來以后，已經五十五年了，一直沒死。 4/ 著名芯片設計專家 Jim Keller 在最近和 Lex Fridman 的一個訪談中， 是這么講的: "我被告知， 摩爾定律在十到十五年內要死掉。我開始以為這是真的，但是十年以后，人們還是說它在十到十五年內要死掉。然后有一段時間（人們說）它在五年內要死掉，然后又回到十年。后來有一天，我決定，不再擔心這個事情了”。 5/ "然后我加入 Intel, 所有的人都說摩爾定律要死了，我當時想，這好悲哀，（英特爾）就是摩爾定律的公司。但是（摩爾定律）沒死，它總是即將要死。你知道，人性總是喜歡那種世界毀滅之類的言論，我們會沒吃的了，會沒空氣了，會沒有生存空間了，等等" 6/ 先把摩爾定律給回顧一下，傳統定義是單位面積的晶體管數目每兩年翻一番。但實際上它底下有好多不同的技術參數和維度。摩爾定律，2020年和 1980年相比: 單個晶體管的成本: 從 0.1 美分跌到 一億分之一美分，一千萬倍的變化。 單位面積的晶體管數目: 從每平方毫米一千個，變成每平方毫米一億個，十萬倍的增長。 單個芯片上的晶體管數目: 十萬，變成三百億，三十萬倍的增長。 fab 的成本: 一百萬到一百億美元，一萬倍的增長。 時鐘速度：五百萬赫茲到五十億赫茲，一千倍的增長。 這些數據來自 2019年九月 Jim Keller 在加州大學伯克利分校做的一個公開演講。 7/ 如果按照單位面積的晶體管數目來算，四十年漲十萬倍，大約每兩年平均增長 78%， 接近翻番。從芯片設計者的角度看，基本上就是同樣數目的晶體管，每兩年面積減少到以前的大約 60%。 如果按照單個晶體管成本來算，四十年一千萬倍的變化，就是每兩年價格變成原來的 45%， 或者說同樣的錢兩年后可以買 2.24倍的晶體管，這個速度比晶體管密度的增長還稍微要快一點。 8/ 按照 Keller 的解釋， 人們以為摩爾定律就是一件事，晶體管變小，但表面之下有幾千個不同的創新，每一個單一的技術創新路徑，都有自己的指數增長然后回報遞減的曲線， 這個英文叫做 s-curve. 可以看一下這張圖。 
9/ 如果你是那一個單一技術創新路徑的專家，過去幾年指點江山，非常爽，覺得自己有上帝視角，你可以看得很清楚，同時你也知道，你這個技術路線，還有五到十年就走到盡頭了。而替代你的技術路徑的創新，有很多潛在的不同方向的選擇，很多路徑和現有技術路徑不是一個范疇，現在的專家不懂很正常。但是這些替代的技術路徑，暫時還在萌芽狀態，還處于不成熟，相對簡陋的狀態。現在的專家無法提前看清楚， 所以， 他很自然地就會對周圍人，對媒體說， ”摩爾定律還有幾年就完了“。但是我們作為旁觀者，如果把這個當下的專家的判斷，當作金科玉律，并以此指導投資，就必然出問題。 10/ 比如說，想象一個芯片設計專家，以前一直是做單核處理器的，single core CPU. 很長時間摩爾定律的增長，是靠提高處理器的時鐘速度， 從七十年代初的 一個 mega hertz 漲到 2000年的 一個 giga hertz， 漲了一千倍。到1995年的時候，他看得很清楚，處理器時鐘速度上升的空間不多了，再過六七年，超過了三個 gigahertz， 要把時鐘速度提高，存在可能芯片過熱，甚至面臨被燒毀的危險，沒法更快了。然后他會很自然地說，摩爾定律再過五到十年就死了，時鐘速度無法提高了。但他只是一根筋地去想時鐘速度無法提高，如果別人跟他說，我們可以用多核處理器，我們可以增加緩存在芯片上的比例，高度并行的GPU 會用于神經網絡計算， 2012年十月人工智能圖像識別里面有大的突破，2016年 gpu 支持的人工智能機器可以打敗圍棋世界冠軍，這些東西，要給一個 1995年的芯片設計者講，是雞同鴨講，他無法理解，也無法想象的。他就只會像祥林嫂一樣地重復，時鐘速度無法提高，摩爾定律要死了。 11/ 再舉一個例子，晶體管小型化的過程中，漏電的問題越來越大，原來柵極低下用的是二氧化硅的材料，當晶體管的柵極長度如果縮減到 45 納米， 會有嚴重漏電現象，沒法在縮小了。 后來在 2007年，英特爾采用了所謂 hi-dieelectric metal gate 高K金屬柵極晶體管的技術， 解決了漏電的問題。但是縮小到 25納米的時候，又會有個短溝道效應的漏電問題，2011年又采用 FinFET 技術解決了這個漏電問題。七納米以下，現在替代 FinFET 的新的架構叫做Gate-all-around FET (GAAFET)。 12/ 一個硅原子的直徑大約是 0.2 納米， 七納米，大約相當于三十多個硅原子， 所以我們小型化到兩三個原子的尺度，還有十年左右。如果現有物理尺度小型化到了極限，潛在的替代技術路徑還有 ：自旋電子學 (Spintronics)的自旋態，基于量子隧道效應的隧道結，等等。就不一定非在物理小型化上面做文章，但仍然實現等價的計算能力的提高。到時候怎么做，走一步看一步就好了。 13/ 事后看這個技術演變，里面有個很大的誤區，就是”事后諸葛亮，事前豬一樣“。因為上面提到的不管是 高K金屬柵極晶體管的技術, 還是 finfet, 還是 gaafet, 還有現在最新的極紫外光刻技術 euv, 不管是多核處理器，gpu, 還有現在很多創業公司在做的專屬人工智能芯片，等等都是若干個技術互相競爭，很多其它技術路徑的研發都失敗了，只有這幾個東西冒頭了， 成了最佳選擇。在他們成功之前，我們以為摩爾定律已經到了窮途末路，即使對未來有希望，也并不確定下面的出路在哪一個方向，在當時看，未來存在極大的不確定性。但后人看這段歷史，以為他們是自然而然設計安排好的，要注定要在某個時間出現的， 這種歷史觀是不符合實際， 極為謬誤的。 14/ 那會有悲觀者來質疑，你怎么可以保證新的技術就比現在的技術更好，更快？ 這個問題可以這么看：第一，我們每個人已經知道的解決方案，實際上只是冰山一角， 還有很多東西我們不知道。或者說，即使在做這些事的人，他們也不知道可以在這里產生突破。第二，因為晶體管的單價下降，半導體芯片惠及的市場更大，所以最終更多的研發資金會繼續投入進來。第三， 參與半導體研發的人員數目更多。第四，通訊費用不斷迅速下降，更多人可以共享研究成果，提高合作效率。第五， 研發者使用的的工具本身，不管是軟件還是硬件，效率也比以前更高，同樣的人和資金，做和以前一樣的事，效率要更高了。 15/ 總之，就是更多錢，更多人，更好的工具，更快的通訊，多個提高晶體管密度的解決方案齊頭并進，這些解決方案中冒頭的最佳方案，肯定會不斷超越以前的解決方案的效率。但是在那個贏家冒頭之前，我們很難提前預測哪個方案會勝出。而悲觀者，只是看到自己的技術路徑的局限，無法看清，也無法全面理解其它的幾千個他看不到的創新， 再加上這些早期創新的內在不可預測性，所以從他的視角來看，悲觀情緒是非常有道理的。 16/ 最后再把這個邏輯梳理總結一下： 第一，摩爾定律本質是多個技術創新的 S 曲線，后浪推前浪的發展過程。 第二，當前 S 曲線的技術路徑上的專家，擁有上帝視角，被外行尊敬，感覺良好。 第三，這些專家對自己的技術路徑的未來五到十年的技術瓶頸局限，非常清楚。 第四，因為當下其它多個潛在替代技術創新還在早期，一時看不到明確的十年后的替代方案，所以這些專家的悲觀情緒，是非常符合他的有限視角的邏輯的。 第五，這里面的關鍵是：事前很難預測十年后，那個新的技術路徑會冒頭。絕大部分其它技術路徑，要么徹底失敗，要么因為不是最佳方案所以不會被廣泛采納。這些失敗者的悲觀情緒，也是符合他的有限視角下的邏輯的。 第六，一旦某個冒頭的新技術路徑， 他的 S 曲線增長超越老的技術路徑， 新技術路徑里的專家，將會擁有上帝視角。老專家的預測會很快被人遺忘。 第七，新技術路徑往往是從一個新的維度發展，但是仍然可以實現芯片的密度和性價比更高的最終目的，繼續推動摩爾定律向前發展。 第八，因為新技術路徑，相對于老的技術路徑擁有不同的維度和結構，很難被老技術路徑里的專家所提前預測， 理解和迅速接受。所以他們事前的悲觀態度，是幾乎不可避免的。 第九，新技術路徑超越老的技術路徑，本質是幾千個創新的集合中冒頭的最佳選擇，超越老的系統集合中的最佳選擇。而具體的單個創新路徑，則無法保證可以成功。這里面涉及到一個重要的概念，叫做 Ensemble Average, 系綜均值， 以后的視頻會專門展開介紹。摩爾定律， 本質可以看成是多個創新系統的系綜均值的不斷前進。 第十，后人沒有全面的歷史視角，會誤以為新技術路徑的冒頭是事先計劃安排好的，必然的。那么當他發現自己計劃好的技術路徑遇到了增長瓶頸，處處碰壁， 悲觀情緒不可避免。 第十一，現在你知道了，為什么那些專家預測摩爾定律馬上要死了的觀點，是錯誤的。那么當你看到有人下注，做空摩爾定律，你就知道該采取什么正確的做法了。不管他以前是多么牛的專家，新的技術路徑下他的觀點價值不大。 第十二，因為你知道他的錯誤的根源在哪里，你知道他為什么會有悲觀情緒，你也知道為什么他無法被勸說，所以你不會和他們浪費時間，你會平靜地在資本市場上，尋找做多摩爾定律的切入口。 17/ 下面一段話，據說來自微軟的一位名叫 Peter Lee 的高管： "預測摩爾定律要死掉的人數， 每兩年翻一番“。 |
