延续摩尔定律：硬件和软件界限愈发模糊
编者按：上世纪90年代以来，半导体行业每两年就会发布一份行业研发规划蓝图，协调成百上千家芯片制造商、供应商跟着摩尔定律走，由于这份规划蓝图的存在，整个计算机行业才跟着摩尔定律按部就班地发展，现在摩尔定律已经走向黄昏，但这并不意味着半导体行业停止了发展，摩尔定律正在以另外一种形式存在着。
摩尔定律诞生50年来一直能够自我实现，引导整个行业每两年将同样大小芯片上的晶体管数目翻倍。但近年来，摩尔定律“终结”的声音愈发甚嚣尘上。面对如此行业瓶颈，硬件厂商正不断吞并融合原先软件领域的技术来谋求变革和发展，硬件和软件的界限越来越模糊。此前7月，国际半导体技术发展路线图(ITRS)曾发布报告称，半导体体积到2021年将不再缩小。报告认为，届时半导体厂商将面积缩小、放下更多晶体管的做法已经在经济上不划算，半导体厂商将转向关注3D芯片等其他新的技术增强计算力。
(上图来自中金公司研报)
就摩尔定律的践行者英特尔来看，英特尔8月末发布代号Kaby Lake的第七代酷睿处理器，虽然勉力将14nm芯片缩小至10nm，但10nm的正式发布已从今年底推迟至明年中期，7nm更是延迟至2022年。
虽然摩尔定律并不会真的在5年内即刻失效，但传统计算机芯片行业的发展已逐渐达到瓶颈，无法像过去50年那样飞速升级的事实已经显而易见，但硬件生产公司们并没有晕头转向，而是选择在硬件技术上更多地附加上软件的烙印。
尤其是苹果，几乎每12个月即推出的A系列系统芯片，较之前版本效能提升巨大。但这并不是摩尔定律的简单“续命”，因为它并没有继续纠结在“更多更小晶体管”这样的问题上，而是以苹果新推出的智能手机或是其他设备所需要的功能为诉求。因此，越来越难以区分芯片的硬件技术和软件技术具体如何分隔了。
而这一点正是问题的关键。计算机领域中软件向硬件的迁移已经在不断进行，并且接下来20~50年或将看到更多硬件“吞噬”软件，或是两者技术边界愈发融合的景象。
不仅仅是苹果，英伟达在不断升级芯片技术性能的同时，也同时开始在芯片中融入很多原先软件领域的研究项目，例如立体成像技术等。再比如微软，上个月新鲜披露的AR头显HoloLens的协处理器，是由 24 个Tensilica DSP(数字信号处理)核心组成，该协处理的设计工作是由一组专业芯片设计师完成的。
事实上，工具的升级也将使芯片的设计变得更加容易，尤其是类似机器深度学习和人工智能技术的推动。
除了对软件领域的“蚕食”之外，为了发展拥有更加强大的储存盒计算能力的计算机，向量子领域的进发也是当下非常明显的趋势。量子计算机在存储、计算、资源节约等方面的优势无可比拟，其存储信息的能力将呈指数增长。创业公司和科技巨头也竞相布局量子计算。
摩尔定律正式失效，半导体行业何去何从
摩尔定律可以说是整个计算机行业最重要的定律，它其实是一个预言：每两年微处理器的晶体管数量都将加倍——意味着芯片的处理能力也加倍。这种指数级的增长，促使上世纪70年代的大型家庭计算机转化成80、90年代更先进的机器，然后又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
这个看起来自然而然的进程，实际很大程度也是人类有意控制的结果，芯片制造商有意按照摩尔定律预测的轨迹发展：软件开发商新的软件产品日益挑战现有设备的芯片处理能力，消费者需要更新为配置更高的设备，设备制造商赶忙去生产可以满足处理要求的下一代芯片。
但现在，这种发展轨迹要告一段落了。由于同样小的空间里集成越来越多的硅电路，产生的热量也越来越大，这种原本两年处理能力加倍的速度已经慢慢下滑。此外，还有更多更大的问题也慢慢显现，如今顶级的芯片制造商的电路精度已经达到14纳米，比大多数病毒还要小。但是，全球半导体行业研发规划蓝图协会主席保罗·加尔吉尼( Paolo Gargini)表示：“到2020年，以最快的发展速度来看，我们的芯片线路可以达到2-3纳米级别，然而在这个级别上只能容纳10个原子，这样的设备，还能叫做一个‘设备’吗?”
恐怕不能。到了那样的级别，电子的行为将受限于量子的不确定性，晶体管将变得不可靠。在这样的前景下，尽管这方面已经有无数研究，但目前人们仍然无法找到可以替代如今的硅片技术的新的材料或技术。
下个月发布的行业研究规划蓝图将史无前例地不以摩尔定律为中心，相反，新的战略可能是“超越摩尔”(More than Moore )：与以往首先改善芯片、软件随后跟上的发展趋势不同，以后半导体行业的发展将首先看软件——从手机到超级电脑再到云端的数据中心——然后反过来看要支持软件和应用的运行需要什么处理能力的芯片来支持，由于新的计算设备变得越来越移动化，新的芯片中，可能会有新的一代的传感器、电源管理电路和其他的硅设备。
这种局势的转变，也改变了半导体行业围绕摩尔定律不再团结一致。“大家都不确定新的研究规划蓝图意味着什么，” 爱荷华大学计算机科学家丹尼尔·里德(Daniel Reed)表示。位于华盛顿DC的 半导体行业协会(The Semiconductor Industry Association， SIA)代表所有美国半导体企业，已经表示不再参与全球半导体行业研究规划蓝图的章程，而是自行决定研发进度。
丹尼尔·里德将之与飞机制造行业进行比较：“现在的波音787并不比上世纪50年代的波音707快多少——但这两个型号的飞机可差太多了，波音787的创新体现在其他地方，比如全电子控制、碳纤维机身等，计算机行业也是如此，创新将会继续，但是会体现在更细小和更复杂的地方。”
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