8 月 21 日，芯片巨頭英特爾聯(lián)合創(chuàng)始人戈登·摩爾(Gordon Moore)首先提出了所謂的摩爾定律，認(rèn)為計(jì)算機(jī)芯片上的晶體管數(shù)量每 24 個(gè)月就會(huì)翻一番。但隨著使電路微型化的步伐逐漸放緩，這種趨勢(shì)正受到打擊。為了在未來(lái)幾年繼續(xù)維持摩爾定律，英特爾給出了自己的應(yīng)對(duì)方案，即在處理器上封裝 50 倍于目前數(shù)量的晶體管。

　　摩爾定律的進(jìn)展，已經(jīng)將芯片從 20 世紀(jì) 60 年代昂貴的大型機(jī)擴(kuò)展到 80 年代的個(gè)人電腦上，現(xiàn)在又?jǐn)U展到智能手機(jī)、手表、汽車、電視、洗衣機(jī)以及幾乎任何有電力支持的東西上。摩爾定律通過(guò)縮小芯片上的數(shù)據(jù)處理元件晶體管來(lái)實(shí)現(xiàn)。英特爾計(jì)劃繼續(xù)縮小芯片，但也計(jì)劃通過(guò)將芯片堆疊到多層封裝中來(lái)增加密度。

　　英特爾首席架構(gòu)師拉賈·科杜里(Raja Koduri)在最近 Hot Chips 會(huì)議上發(fā)表演講時(shí)表示：“我們堅(jiān)信未來(lái)的晶體管密度會(huì)更高，這一愿景將隨著時(shí)間的推移發(fā)揮作用，這可能需要十年或更長(zhǎng)時(shí)間，但它最終會(huì)成為現(xiàn)實(shí)。”

　　科杜里的樂(lè)觀反映了許多其他公司在 Hot Chips 上的興奮，Hot Chips 是一個(gè)工程會(huì)議，研究人員在會(huì)上詳細(xì)介紹芯片進(jìn)步情況。AMD、英偉達(dá)、谷歌、微軟、IBM 和許多初創(chuàng)公司展示了他們正在推進(jìn)通用芯片和致力于人工智能、圖形和網(wǎng)絡(luò)等任務(wù)芯片領(lǐng)域取得的進(jìn)展。

　　英特爾預(yù)計(jì)如何實(shí)現(xiàn)芯片進(jìn)步

　　科杜里描述了幾個(gè)步驟，以在一個(gè)芯片中塞入比 10 納米芯片更多的晶體管，比如英特爾的 Tiger Lake 處理器將于今年秋天進(jìn)入筆記本電腦。首先將是最傳統(tǒng)的方法，縮小晶體管并將它們更緊密地?cái)D壓在一起。科杜里預(yù)測(cè)，這將使晶體管密度增加兩倍。

　　接下來(lái)是新的晶體管設(shè)計(jì)，它延續(xù)了晶體管從平面電路元件到 3D 結(jié)構(gòu)的電流轉(zhuǎn)換。這些步驟被稱為納米線和堆疊納米線，應(yīng)該使晶體管密度再增加三倍。然后是封裝創(chuàng)新，將芯片堆疊到處理器元件的多層蛋糕中，這應(yīng)該再次使密度翻兩番?？偠灾?，密度最終增加了大約 50 倍。

　　英特爾多年的困境

　　英特爾的樂(lè)觀態(tài)度與摩爾定律保持運(yùn)轉(zhuǎn)的艱難時(shí)期形成了鮮明對(duì)比。英特爾曾是芯片制造領(lǐng)域毋庸置疑的領(lǐng)頭羊，但最近幾年卻舉步維艱。它從晶體管特征為 14 納米的制造工藝轉(zhuǎn)變?yōu)楹髞?lái)的 10 納米，花了五年而不是兩年。一納米是十億分之一米，加上 14 納米寬的電路元件，英特爾可以在一根頭發(fā)的寬度上容納大約 7000 個(gè)晶體管。

　　接下來(lái)，英特爾將其從 10 納米到 7 納米的生產(chǎn)推遲了 6 個(gè)月，蘋果正在從 Mac 電腦中淘汰英特爾芯片。為了幫助調(diào)整，英特爾采用了更靈活的設(shè)計(jì)流程，使其更多地依賴于其他芯片制造商，如其最大的競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手臺(tái)積電(TSMC)。

　　堅(jiān)持摩爾定律，但代價(jià)是什么?

　　臺(tái)積電大約兩年前開(kāi)始推出 7 納米產(chǎn)品，為蘋果生產(chǎn) iPhone 芯片。去年，該公司宣稱“摩爾定律是有效的。”但與過(guò)去不同的是，摩爾定律現(xiàn)在對(duì)希望采用最先進(jìn)制造工藝的公司施加了新的成本壓力。

　　微軟 2013 年推出的 Xbox One，2017 年的 Xbox One X，以及今年即將推出的 Xbox Series X 都采用相同大小的芯片，這在過(guò)去意味著這些芯片的價(jià)格大致相同。微軟芯片設(shè)計(jì)師杰夫·安德魯斯(Jeff Andrews)說(shuō)，現(xiàn)在，“最新款的價(jià)格要高得多”。

　　除了成本之外，另一個(gè)挑戰(zhàn)是新的芯片往往只會(huì)加速特定的計(jì)算操作。這對(duì)人工智能和圖形等任務(wù)很有用，但對(duì)于不得不與以不同方式工作的處理器打交道的軟件程序員來(lái)說(shuō)，這讓他們的工作變得更加困難。

　　英特爾正試圖通過(guò)一種名為 oneAPI 的新軟件層來(lái)彌合這種芯片鴻溝。這是一個(gè)值得注意的舉動(dòng)：英特爾是一家硬件企業(yè)，但它正在開(kāi)發(fā)更多軟件，將其作為使其芯片變得有用的關(guān)鍵一步?？贫爬镎f(shuō)：“越來(lái)越多的硬件架構(gòu)團(tuán)隊(duì)需要由軟件專家組成。”

　　構(gòu)建新的芯片想法

　　在 Hot Chips 大會(huì)上，處理器制造商還詳細(xì)介紹了一系列創(chuàng)新。其中最大的是：

　　英特爾的 Tiger Lake 使用了一種新的節(jié)能技術(shù)，稱為 DVFS，即動(dòng)態(tài)電壓和頻率調(diào)節(jié)。對(duì)于高優(yōu)先級(jí)任務(wù)，芯片的不同部分可以運(yùn)行得更快，也可以運(yùn)行得更慢以節(jié)省電能。英特爾現(xiàn)在在其多個(gè)處理器核心、內(nèi)存系統(tǒng)和將其連接在一起的通信結(jié)構(gòu)之間權(quán)衡優(yōu)先級(jí)。

　　AMD 的競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手 Ryzen 4000 系列芯片，代號(hào) Renoir，現(xiàn)已用于個(gè)人電腦上，這是第一批擁有 8 個(gè)處理核心的超薄筆記本電腦芯片。架構(gòu)師索努·阿羅拉(Sonu Arora)表示，AMD 最初計(jì)劃使用六核設(shè)計(jì)，但意識(shí)到精心的設(shè)計(jì)可以容納八核，以便在視頻和照片編輯等任務(wù)中獲得更好的性能。在給定的性能水平上，他們使用的功率是前一代芯片的一半。

　　IBM 的 Power10 處理器擁有 180 億個(gè)晶體管，并將在明年面世的大型 Unix 服務(wù)器中使用。它可以組合成一個(gè)功能強(qiáng)大的服務(wù)器，擁有多達(dá) 240 個(gè)處理核心。此外，互連服務(wù)器的“吊艙”可以共享多達(dá) 2PB 的內(nèi)存。這對(duì)于像數(shù)據(jù)挖掘和管理庫(kù)存數(shù)據(jù)庫(kù)這樣的大規(guī)模業(yè)務(wù)計(jì)算挑戰(zhàn)非常有用。

　　初創(chuàng)公司 LightMatter 發(fā)布了其 Mars 芯片，用于加速圖像識(shí)別等人工智能任務(wù)。它將大約 10 億個(gè)傳統(tǒng)晶體管與數(shù)以萬(wàn)計(jì)的元件結(jié)合在一起，這些元件使用光而不是電來(lái)傳輸數(shù)據(jù)和執(zhí)行計(jì)算。這項(xiàng)光子技術(shù)背后的想法是減少電力消耗。
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