摩尔定律又失效了,一块手表将替代全世界的计算机

  我已经不下四次看到过摩尔定律即将灭亡这样的论调出现了。

  英特尔首席执行官布莱恩·科兹安尼克(Brian Krzanich)在上个月公司发表的一项声明中轻描淡写地写道。

  第五次,这至少是第五次有人试图昭告摩尔定律的失效。之前的几次全部都被证明为虚惊一场,英特尔甚至时常将之当做公开场合的笑话,直言公司有方法,也知道该如何进一步开发原子级别的半导体。摩尔定律历经半个世纪,依然统领着计算机行业,无人可将之撼动。但这一次,或许是真的。主角的名字叫做量子计算机。

  1946年2月14日,世界上第一台通用计算机 ENIAC 诞生了。这是台耗费无数工时人力制造出的庞然大物:

  ENIAC长30.48米,宽6米,高2.4米,占地面积约170平方米,30个操作台,重达30英吨,耗电量150千瓦,造价48万美元。它包含了17,468根真空管7,200根晶体二极管,1,500 个中转,70,000个电阻器,10,000个电容器,1500个继电器,6000多个开关,每秒执行5000次加法或400次乘法,是继电器计算机的1000倍、手工计算的20万倍。

  

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  图片来自 Wikipedia

  很长一段时间,人们内心都植入了这样的想法:计算机永远不会走进日常生活,无论是体积和造价,看起来都是那样的令人难以承受。而后来,如你所见,个人电脑变得只有书本大小厚薄,而计算速度更是超过了 ENIAC 千万倍不止。这一切却早在1956年就被神奇地预言。这便是“摩尔定律”的魔力。

  人类是善于总结的生物,他们总是试图从纷繁多变的事实中,抽离出稳定不变的的真理,从而指导未来的航向。早在20世纪50年代初,科学家们就开始猜测,或许存在一种模式,可以揭示技术变化的速度,帮助人类预测未来。听起来很容易,但放在那个时候,就像没有人会异想天开的认为人类可以进行太空旅行一样荒谬。

  1965年4月19日,一篇对于电子行业发展趋势预测的文章《让集成电路填满更多的组件》被发表在《电子学》(Electronics)35周年特刊上,平静地就像落入大海里的一粒沙。谁也没想到,日后,这篇看似荒诞大胆的文章的预判却统领了计算机行业将近五十年,揭示了隐藏在技术背后的真理。而这篇文章的作者正是戈登·摩尔,揭示的规律被人们称为“摩尔定律”。

  

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  图片来自Intel

  这篇论文,区区3页纸的篇幅,却是迄今为止半导体历史上最具意义的论文。在这篇文章里,摩尔天才地预言道:当价格不变时,集成电路上可容纳的元器件的数目,约每隔18-24个月便会增加一倍,性能也将提升一倍。换言之,每一美元所能买到的电脑性能,将每隔18-24个月翻一倍以上。举个例子,你现在买不起某台电脑没关系,你大可以等上十八个月,因为到那时,同样的电脑只需要一半的价钱了。(实际情况并非如此,后面会解释)

  彼时英特尔尚未诞生,戈登·摩尔也还只是仙童半导体公司(Fairchild Semiconductor)的一名工程师。这是他和另外七个好朋友一同创业的成果,公司主营开发和生产商业半导体器件,是当时知名的半导体公司,人们说:“进入仙童公司,就等于跨进了硅谷半导体工业的大门”。

  

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  “八叛逆”(图片来自Wikipedia)

  仙童半导体公司在1959年首先推出了平面型晶体管,紧接着于1961年又推出了平面型集成电路。这种平面型制造工艺是在研磨得很平的硅片上,采用一种所谓”光刻”技术来形成半导体电路的元器件,如二极管、三极管、电阻和电容等。只要”光刻”的精度不断提高,元器件的密度也会相应提高。因此平面工艺被认为是”整个半导体工业键”,是摩尔定律问世的技术基础。

  说来也巧,摩尔定律的发现其实很简单。在1956年的某一天,摩尔在准备一个关于计算机存储器发展趋势的报告。他整理了一份观察资料。在他开始绘制数据时,发现了一个有趣而惊人的现象。每个新芯片大体上包含其前任两倍的容量,每个芯片的产生都是在前一个芯片产生后的18-24个月内。如果这个趋势继续的话,计算能力相对于时间周期将呈指数式的上升。经过思考和绘制趋势图,摩尔定律诞生了。