摩爾定律盡頭的計算科學

彭硯淼

摩爾定律，由英特爾（Intel）創(chuàng)始人之一戈登·摩爾（Gordon Moore）提出，其內(nèi)容為：當價格不變時，集成電路上可容納的元器件數(shù)目，約每隔18～24個月便會增加一倍，性能也將提升一倍。這一定律揭示了信息技術(shù)進步的速度。

自上世紀60年代以來一直被IT 行業(yè)推崇為“圣經(jīng)”并依賴其發(fā)展的摩爾定律正在走向終結(jié)，面臨“夕陽時刻”，半導體行業(yè)將何去何從？第30期“理解未來”系列講座邀請全球公認的計算機領(lǐng)域最優(yōu)秀的學者之一、美國加州大學計算機系講席教授叢京生先生，從專業(yè)的角度向公眾講述摩爾定律的起源、發(fā)展、巔峰，以及在如今的“終結(jié)”時代，半導體行業(yè)應該以什么樣的心態(tài)來迎接這個必然現(xiàn)象，又該如何積極應對隨之而來的機遇和挑戰(zhàn)。

從計算機的工作原理出發(fā)，講座首先回顧了電子計算輝煌的發(fā)展歷史：電子被發(fā)現(xiàn)，計算機科學和人工智能之父圖靈的電子計算機研究，使用電子開關(guān)的ENIAC問世，摩爾定律在計算機上應用。叢京生指出，摩爾定律預示著每兩年微處理器的晶體管數(shù)量都將加倍——意味著芯片的處理能力也加倍。這種指數(shù)級的增長，促使計算機向更先進、更輕便、更小巧的機器的轉(zhuǎn)化，然后又孕育出了高速互聯(lián)網(wǎng)、智能手機和現(xiàn)在更互聯(lián)、更智能的應用。

在以創(chuàng)新著稱的計算機行業(yè)，隨著芯片制造商的電路精度越來越高，能容納的原子數(shù)量越來越少，遵循了幾十年的以摩爾定律為中心的行業(yè)研究規(guī)劃藍圖將面臨必要的改變。全球半導體行業(yè)不再基于每兩年實現(xiàn)性能翻倍的概念來制定硅芯片研發(fā)計劃，原因就是無力承擔跟上性能提升步伐所需購買的超復雜制造工具和工藝成本。此外，當前的制造技術(shù)可能無法再像原來那樣大幅度縮小硅晶體管。

在摩爾定律面臨失效的當下，計算行業(yè)該如何迎接新時代？叢京生認為，晶體管數(shù)量和芯片的處理能力將不再局限于在摩爾定律的設(shè)定，呈倍數(shù)的階梯級增長，而是可以定制架構(gòu)。再者，3D技術(shù)、神經(jīng)形態(tài)的計算和量子計算的加入也會給這個新的時代注入新的血液。

中國科學院計算技術(shù)研究所研究員徐志偉，清華大學微電子與納電子學系主任、微電子學研究所所長魏少軍，聯(lián)想集團副總裁黃瑩與叢京生教授共同探討了在摩爾定律失效后的計算科學發(fā)展方向，以及使計算性能持續(xù)增長的其它途徑。對于理解摩爾定律，徐志偉認為，技術(shù)的發(fā)展絕不像我們想象的過程，其應用范圍要跳出自身原先的思考維度，“可能我們對摩爾定律的理解要放寬一點，因為我們業(yè)界之外的人也都在廣泛引用摩爾定律，比如大數(shù)據(jù)行業(yè)也會說每18個月數(shù)據(jù)會翻一番。”

在數(shù)據(jù)指數(shù)增長的時代，對計算的要求只會越來越高，應用也會越來越廣。魏少軍指出，未來計算是無處不在的，“這是一個大的前提，其實這個地方講到的計算是廣義的計算。第二，應用的多樣化也是一個重要的趨勢。毫無疑問，以人工智能來看，我們看到互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)走得比較靠前。”

黃瑩也認同應用和計算能力兩者是相輔相成的，“比如5G出來以后，不管它最終的結(jié)果如何，都會對通信速度有1000倍的提升。它也會把很多設(shè)備之間的互聯(lián)做很好的交互?！?/p>

擔任對話主持的華創(chuàng)資本合伙人、未來論壇青年理事熊偉銘歸納說，千年來技術(shù)一直在進步，從宏觀的角度看，我們也始終都在前進，只是每一個階段遇到特定的環(huán)境，我們遇到的機會可能是不一樣的。摩爾定律的盡頭，相信未來將有更多的新機遇在等待著我們。endprint