“争议”摩尔定律，英特尔反驳英伟达“结束论”

第一财经2022-09-29

作为计算机行业的黄金定律，摩尔定律一直指导着芯片开发。但是随着芯片工艺升级速度的放缓，围绕在这一定律身上的争议也在不断扩大。9月28日凌晨，面对摩尔定律的“信任危机”，英特尔CEO帕特·基辛格（Pat Gelsinger）表示，至少在未来十年里，摩尔定律“依然有效”。然而在一周前，英伟达创始人兼CEO黄仁勋却表达了截然相反的观点。黄仁勋在一场采访中表示，以类似成本实现两倍业绩预期对于芯片行业来说已...

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Moore）在上世纪60年代提出，逐渐演变对芯片行业的技术预言：集成电路上可以容纳的晶体管数目在大约每经过18个月到24个月便会增加一倍。换言之，处理器的性能大约每两年翻一倍，计算成本呈指数型下降。从行业角度来看，业界一直遵循这一定律，并按前一代制程的0.7倍对新制程节点命名，这种线性升级正好带来晶体管集成密度翻番。因此，出现了90纳米、65纳米、45纳米、32纳米——每一代制程节点都能在给定面积上，容纳比前一代多一倍的晶体管。这种对先进制程的追逐也极大推动了计算产业的发展，从而孕育出了高速度的互联网、智能手机和现在的车联网、智能冰箱和自动调温器等。但随着技术的发展，随着工艺从微米级到纳米级，同样小的空间里集成越来越多的硅电路，产生的热量却越来越大，摩尔定律所推崇的“两年处理能力加倍”的实现开始变得乏力。在业内看来，不断逼近物理极限的晶体管加工早已让现有的光刻技术“不堪重负”，CPU晶体管和能量大幅上升导致应用性能只有小幅增长，Dennard（登纳德）缩放效应遇到了元件物理的瓶颈。此外，摩尔定律质疑声中最大的“噪音”来自于技术与成本的平衡。英伟达认为，随着芯片架构变得更加复杂，硅晶片变得更加昂贵。黄仁勋此前在接受包括第一财经在内的记者采访时表示，“今天12英寸的晶圆要贵得多，不是贵了一点点，是贵了非常非常多。技术越来越贵，所以我们必须使用更多办法，像RTX、DLSS、SCR、Tensor Cores这样的发明，使我们能够继续克服成本的增加。”以晶圆代工成本为例，根据美国乔治敦大学沃尔什外交学院安全与新兴技术中心（CSET）发布的研究数据显示，台积电一片采用3nm制程的12英寸晶圆，代工制造费用约为3万美元，约为5nm的1.75倍。在裸片（die）面积不变（即升级架构，不增加晶体管数量）、良率不变的情况下，未来苹果A17处理器如果采用3nm制程，成本将上涨到154美元/颗，成为iPhone第一大成本零部件，而5nm的A15处理器原来只是iPhone的第三大成本零部件。“成本的增加对于一些芯片企业来说确实带来了压力。”Counterpoint分析师Brady对第一财经记者表示，英伟达的部分产品从三星的8纳米转到台积电的4纳米时，成本多了一倍有余，芯片代工成本的上升让企业选择的技术路径也会发生改变。但在英特尔看来，摩尔定律不会因为无用而结束，也不会因为经济效益不足而受阻。目前，英特尔仍在积极尝试在单个芯片上塞入更多晶体管。基辛格在28日的讲话中提到，英特尔正在推进制造工艺的进步，例如采用新的光刻技术和RibbonFET架构，这能够让公司在每个芯片上继续塞进更多的晶体管，即使它们变得足够小，小到可以用埃（0.1纳米）单位来测量。“我们希望从今天的单个封装上容纳大约1000亿个晶体管开始，到这个十年结束时实现在单个封装中加入一万亿个晶体管。”基辛格表示，摩尔定律至少在未来的十年里依然有效。谁来拯救“摩尔定律”“摩尔定律并非自然规律，而是对集成电路性能发展的观测或预测。过去半个多世纪以来，半导体行业大致按照摩尔定律发展，单个芯片上集成的晶体管数量从几千个增加到十几亿个。”CIC灼识咨询合伙人赵晓马对记者表示，现在看来摩尔定律逐渐遭遇瓶颈。受制于芯片尺寸的物理极限、光刻技术、隧道效应、功耗和散热、供电能力等问题，从5nm到3nm再到2nm，其间隔都超过了2年时间。赵晓马认为，现在半导体行业更像是进入了后摩尔时代，需要拓展新的技术路线来延续摩尔定律。新集成、新材料、新架构逐渐成为颠覆创新的焦点。新集成包括Chiplet、先进封装等，Chiplet由于其高性能、低功耗、高面积使用率以及低成本受到广泛关注，在FPGA、GPU等高性能计算市场具备很高潜力。”以Chiplet为例，这一技术通常被翻译为“粒芯”或“小芯片”。单从字面意义上可以理解为更为“粒度更小的芯片”。它是一种在先进制程下提升芯片的集成度，从而在不改变制程的前提下提升算力，并保证芯片制造良品率的一种手段。举例来说，在一颗7nm工艺制程的芯片中，一些次要的模块可以用如22nm的较低的工艺制程做成Chiplet，再“拼装”至7nm芯片上，原理如同搭积木一样，这样可以减少对7nm工艺制程的依赖。Chiplet模式也是在摩尔定律趋缓下的半导体工艺发展方向之一。截至目前，包括英特尔、AMD在内的多家芯片巨头企业都曾表明或已经在产品中导入Chiplet设计。华为曾在2019年推出了基于Chiplet技术的7nm鲲鹏920处理器。AMD今年3月推出了基于台积电3D Chiplet封装技术的第三代服务器处理芯片。苹果则推出了采用台积电CoWos-S桥接工艺的M1 Ultra芯片。此外，赵晓马表示，先进封装技术也是英特尔、台积电等巨头的重点投入方向之一，从而缓解摩尔定律的消逝。“目前行业内主要有倒装封装、晶圆级封装、2.5D/3D封装以及SiP系统级封装等。新材料主要是以SiC、GaN、GaAs为主的第三代半导体材料，具有高频、高功率、耐高压高温等特性，在5G、光伏等领域广泛应用。而新架构是指突破冯诺依曼架构的新芯片架构，例如异构计算、RISC-V精简指令集架构等。英伟达重点投入新架构来推动加速计算，新推出的Hopper GPU架构使AI计算性能显著提升。”“摩尔定律带来的不是一场竞赛。”英特尔高级院士Mark Bohr此前曾在一场制造大会上表示，诚然有一天可能会达到物理极限，但像1990年，当晶圆上的晶体管大小达到用以印刷它们的光的波长（193纳米）时，物理学界明确指出不能再向前推进了，但计算型光刻技术和多重曝光跨越了那个挑战。在英特尔看来，摩尔定律已经“失效”了很多次，但每一次都能在关键技术上实现突破，得以延续。“现在这个时候，需要整个产业链一起配合，微缩工艺要提升，需要光刻机，需要把它提升到能更精细地刻画这些特征尺寸的层级。”英特尔中国研究院院长宋继强表示，摩尔定律的进展不是一家之力，但是如果大家都相信摩尔定律，它仍然能够以一定的节奏延续下去，仍然是会不断有新的技术涌现出来。即使在现在CMOS工艺下，也还是可以推进到2nm以下。Brady则对记者表示，从行业发展趋势来看，未来5年内摩尔定律仍然会持续。“但现在最大的问题在于需求部分的增长，未来市场是否仍然存在这么多小而快的产品需求，手机需求下降时，汽车、物联网设备能否成为新技术的出海口，这是最紧迫的问题，也是企业投入先进技术的最大动力。”","kind":"news","is_publish_news":true,"is_publish_highlight":false,"is_publish_live":false,"is_publish_wemedia":null,"editions":null,"column":"","sentiment":"0","news_tag":"","news_rank":0,"symbols":[],"gpt_button":1},"commentList":[{"id":9918282146,"gmtCreate":1664407601985,"gmtModify":1676537447240,"author":{"id":"3568697814695599","authorId":"3568697814695599","name":"HCBICE","avatar":"https://static.tigerbbs.com/b4851c4a27e84de19dd126ece72f2e29","vip":1,"hat":"https://static.tigerbbs.com/4c5ceab71416b120bab4604c0754b52a","crmLevel":7,"crmLevelSwitch":1,"idStr":"3568697814695599","authorIdStr":"3568697814695599"},"htmlText":"[财迷]&nbsp;","listText":"[财迷]&nbsp;","text":"[财迷]","images":[],"top":1,"highlighted":1,"essential":1,"paper":1,"likeSize":0,"commentSize":1,"repostSize":0,"link":"https://ttm.financial/post/9918282146","repostId":2270733865,"repostType":4,"isVote":1,"likeStatus":false,"favoriteStatus":false,"reportStatus":false,"tweetType":1,"comments":[{"id":104134760,"gmtCreate":1664407611786,"gmtModify":1664407615482,"authorId":3568697814695599,"author":{"id":3568697814695599,"idStr":"3568697814695599","authorId":3568697814695599,"name":"HCBICE","avatar":"https://static.tigerbbs.com/b4851c4a27e84de19dd126ece72f2e29","vip":1,"crmLevel":7,"crmLevelSwitch":1,"individualDisplayBadges":[]},"repliedAuthorId":0,"objectId":9918282146,"type":1,"supId":0,"prevId":0,"content":"[财迷]","text":"[财迷]","html":"[财迷]"}],"langContent":"EN"}],"isCommentEnd":false,"newsSizeData":{"likeSize":23,"commentSize":1,"repostSize":0,"favoriteSize":0,"likeStatus":false,"favoriteStatus":false},"APP":{"userAgent":"Mozilla/5.0 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