經(jīng)過近六十年的發(fā)展后，我們對摩爾定律的認(rèn)知也許不該僅僅局限在技術(shù)層面。

近些年，關(guān)于摩爾定律是否有效的爭論一直沒有停止過。

過去幾年里，黃仁勛在多個場合都明確表示“摩爾定律已經(jīng)失效”，是他將這個事實攤開來擺在眾人的面前。爾后這幾年里，隨著半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)發(fā)展變緩，業(yè)內(nèi)已經(jīng)對此沒有太多異議，就連摩爾定律提出者戈登·摩爾都表示認(rèn)同，他在多年前就稱摩爾定律未來會失效。

原本這場爭論和疑惑應(yīng)該隨著“這份共識”消散，但最近還是有人跳出來提出反對，這個人就是臺積電全球營銷主管Godfrey Cheng。此后在Hot chips活動上，加入臺積電的斯坦福著名教授Philip Wong也公開闡述了同樣的觀點。作為臺積電的高管，他們的身份和言論無法令人忽視，也因此一場熱議再次被掀起：摩爾定律到底有沒有失效？

摩爾定律、技術(shù)與經(jīng)濟(jì)

說起摩爾定律，它最初是由Intel創(chuàng)始人之一戈登·摩爾提出的，依據(jù)維基百科，其內(nèi)容為：集成電路上可容納的晶體管數(shù)目，約每隔兩年便會增加一倍。后來在不斷引用中，“兩年”經(jīng)常會被參照為“18個月”，后者由Intel研發(fā)總監(jiān)David House提出。

因此隨著產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，幾經(jīng)修正后，摩爾定律演進(jìn)為今天大眾熟知的說法：IC上可容納的晶體管數(shù)目，約每隔18個月便會增加一倍，性能也將提升一倍。

圖片來源：華爾街新聞

顯而易見，摩爾定律是一個直白的技術(shù)發(fā)展走勢預(yù)測，而在過去幾十年里，每一次芯片工程師設(shè)計出性能加倍的芯片之時，它總會被他們反復(fù)提起。久而久之，因反復(fù)被驗證，摩爾定律被業(yè)內(nèi)奉為“黃金定律”。

如摩爾定律所預(yù)期，隨著制造、封裝工藝等相關(guān)技術(shù)的進(jìn)步，單顆芯片上可容納的晶體管數(shù)目確實一直在成倍增長。而它帶來的市場反應(yīng)就是大小、價格不變的情況下，筆記本、手機(jī)等電子產(chǎn)品的性能每年也都在提升。

歷經(jīng)了半個多世紀(jì)的發(fā)展，半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)所帶來的影響逐漸滲透到生活中的方方面面，為信息技術(shù)革命提供了硬件支持。而在社會層面，由科技帶來的生產(chǎn)效率提升、社會改革和經(jīng)濟(jì)增長也確實十分明顯，這讓摩爾定律的經(jīng)濟(jì)學(xué)內(nèi)涵更為濃厚。后來人們對它進(jìn)行歸納，衍生出以下三種"版本"：

1、集成電路芯片上所集成的電路數(shù)目，每隔18個月就翻一番。

2、微處理器的性能每隔18個月提高一倍，價格下降一倍。

3、用一美元所能買到的電腦性能，每隔18個月翻兩番。

可以說，在過去相當(dāng)長的時間里，這三條說法均是對半導(dǎo)體技術(shù)和產(chǎn)業(yè)發(fā)展的正確表述。

通過這樣的表述，我們不難發(fā)現(xiàn)后來人們對摩爾定律的理解更離不開價格這一因素，其描述的“價格”與“性能”之間的反比關(guān)系也明確傳達(dá)了一個信號：摩爾定律與經(jīng)濟(jì)發(fā)展有更為緊密的關(guān)聯(lián)。

2015年，值摩爾定律50周年，經(jīng)濟(jì)學(xué)家Timothy Taylor專門寫了一篇名為“Moore Law at 50”的博文來闡述自己對摩爾定律的思考。在文中，他這樣去概述社會經(jīng)濟(jì)與科技的關(guān)系：“許多科技變化，比如智能手機(jī)、測基因的醫(yī)療影像技術(shù)或納米技術(shù)的進(jìn)步，都是建立在電腦的高容量大算力基礎(chǔ)之上。信息技術(shù)成為推動社會財富增長的關(guān)鍵動力之一，因為有了技術(shù)，我們可以用一種全新的方式來管理風(fēng)險和收益，這在過去是根本不敢想象的，同時技術(shù)發(fā)展也讓全球化和外包經(jīng)濟(jì)發(fā)展空前。”

而上述的這一切，Timothy Taylor認(rèn)為本質(zhì)上的驅(qū)動力可以說源于“摩爾定律”，即單顆芯片上不斷增長的晶體管數(shù)目帶來的性能提升，是它讓信息技術(shù)成本降低的同時計算、存儲和傳輸能力在不斷提高，從而為社會經(jīng)濟(jì)帶來了巨大貢獻(xiàn)。

如Timothy Taylor所言，發(fā)展至今，摩爾定律已經(jīng)不僅僅是一項描述技術(shù)走勢的定律。在2018年的一次半導(dǎo)體大會上，談到摩爾定律，Intel中國研究院院長宋繼強(qiáng)也強(qiáng)調(diào)說，發(fā)展至今，其實我們更應(yīng)該將它看作是描述半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)技術(shù)與經(jīng)濟(jì)發(fā)展關(guān)系的一項預(yù)測。

Intel之后，臺積電挑起“摩爾定律”重?fù)?dān)

在經(jīng)濟(jì)學(xué)理論中，生產(chǎn)率的提升成為促進(jìn)經(jīng)濟(jì)體量增長的主要因素。從這個角度去看，在過去幾十年，因CPU等固定模塊長期占據(jù)市場，設(shè)計成本在一個長期穩(wěn)定的狀態(tài)中，制造就占據(jù)了芯片成本的多數(shù)份額，這導(dǎo)致了半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)制造水平直接對芯片性能、價格產(chǎn)生影響，從而對信息技術(shù)的進(jìn)步和生產(chǎn)率的增長產(chǎn)生影響。而提到半導(dǎo)體制造，近六十年來，它被認(rèn)為是延續(xù)摩爾定律的關(guān)鍵點所在。

因此回過頭去看，半導(dǎo)體制造領(lǐng)域赫赫有名的那些廠商們——早年的IBM、Intel和現(xiàn)在頂住整個產(chǎn)業(yè)制造壓力的臺積電，都成為了過去經(jīng)濟(jì)增長的關(guān)鍵推動者。

作為曾經(jīng)的科技霸主，IBM首先開啟了先進(jìn)半導(dǎo)體制造技術(shù)時代，尤其是在nm級制程工藝上。1989年，它搭建了全球第一個200nm生產(chǎn)線，同時在3D封裝工藝、銅互連技術(shù)、化學(xué)機(jī)械拋光、計算機(jī)化光刻等多項半導(dǎo)體制造技術(shù)引領(lǐng)產(chǎn)業(yè)走勢，也為后來的半導(dǎo)體制造產(chǎn)業(yè)奠定了基調(diào)。

與此同時，AMD、Intel均在半導(dǎo)體制造市場中持續(xù)投入和布局，競爭可以說十分激烈，而正因為緊張的局勢，半導(dǎo)體制造產(chǎn)業(yè)飛速發(fā)展，產(chǎn)品技術(shù)發(fā)展按照摩爾定律預(yù)設(shè)的方向穩(wěn)步向前。

后來，因技術(shù)方向錯誤，在制程上，IBM被Intel的22nm FinFET工藝一舉擊敗。在眾人一籌莫展之時，Intel成功延續(xù)了摩爾定律的生命，也因此很快就拿下了IBM原有的制造市場，成為nm制程工藝的接棒者。當(dāng)時風(fēng)光無限，Intel引來眾多追隨者，臺積電就是其中一名。但隨著產(chǎn)業(yè)發(fā)展，14nm、10nm......晶體管越做越小，Intel也未曾料到，有一天會在7nm上栽跟頭。

在近代工藝的發(fā)展歷史上，7nm絕對是最受關(guān)注的工藝水平之一，很多在10nm工藝上大放異彩的半導(dǎo)體公司都在7nm上吃了苦頭，Intel也不例外。也因此，臺積電借勢一舉打下了大半市場，完成了自己從追隨者到引領(lǐng)者的身份蛻變，樹立了自己的地位，拿下了高通、華為等多家主流手機(jī)公司的大單。

值得一提的是，在臺積電打敗Intel之時，伴隨而來的不僅僅是工藝技術(shù)的進(jìn)步，以臺積電為代表的水平分工模式的壯大同樣不可忽視。有業(yè)內(nèi)人分析指出，在IDM時代之后，伴隨著IBM、Intel相繼退居幕后，水平分工模式可以看做是半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)中最偉大的創(chuàng)新之一，也正是借此，臺灣半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)走到了舞臺中央，臺灣經(jīng)濟(jì)因此騰飛。

制造先行，摩爾定律在后

發(fā)展至今，我們發(fā)現(xiàn)，其實半導(dǎo)體制造領(lǐng)域一直在以一個穩(wěn)定的節(jié)奏向前推動。從早期的先進(jìn)制程到現(xiàn)在的先進(jìn)封裝、晶體管革新，從早年的IDM時代到如今的水平分工模式，無論是技術(shù)層面的發(fā)展還是制造分工的創(chuàng)新，制造產(chǎn)業(yè)一直在不斷革新和發(fā)展。

現(xiàn)在，作為代工企業(yè)里的中流砥柱，臺積電也是一直在推進(jìn)對新技術(shù)、新工藝的探索，不久前，它站出來發(fā)聲，目的也是給出產(chǎn)業(yè)幾個可行的降低成本的技術(shù)方向：

1. 深入設(shè)計技術(shù)協(xié)同優(yōu)化向系統(tǒng)技術(shù)協(xié)同優(yōu)化的轉(zhuǎn)變，采用新的系統(tǒng)集成方式，如用interposer的方式將多模塊集成在一起，如Chiplet；

2. 用基于硅片的先進(jìn)封裝技術(shù)將計算和存儲更為緊密集成，以提升芯片系統(tǒng)；

3. 新的底層材料，比如碳納米管；

可以看出，這幾個技術(shù)方向絕非空穴來風(fēng)。今年年中，用Chiplet This，臺積電已經(jīng)向業(yè)內(nèi)展示了其系統(tǒng)封裝技術(shù)的先進(jìn)性，而史上最大單晶圓芯片Cerebras Wafer Scale Engine的背后，無疑是臺積電在硅片封裝上的技術(shù)能力在支撐，而最近刊登在nature雜志上的最新碳納米管處理器，其也讓基于第三代材料的芯片商用向前邁了一大步，而這些都將為延續(xù)摩爾定律提供動力。

但即便如此，這幾大技術(shù)方向是否能夠給產(chǎn)業(yè)帶來真正的動力尚不可知，并且從發(fā)展歷程來看，真正適應(yīng)市場的技術(shù)一定會引爆市場，而現(xiàn)在整個產(chǎn)業(yè)的“平靜”多少讓人擔(dān)心：先進(jìn)制造將無法延續(xù)摩爾定律。

從有序走向無序，“失效”背后的技術(shù)變革

回顧摩爾定律，它之所以如此重要，是因為自提出以來，經(jīng)過幾十年的驗證，摩爾定律對于產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)律的描述有其正確性。

但是隨著應(yīng)用需求和技術(shù)走勢的變化，芯片產(chǎn)品模式也發(fā)生了翻天覆地的變化，設(shè)計在芯片中的成本占比也越來越高，加之通用性CPU不再適用于上層需求，性能和價格的發(fā)展走勢已經(jīng)無法繼續(xù)維持常數(shù)的比例關(guān)系。

因此業(yè)內(nèi)人普遍認(rèn)為摩爾定律失效。

黃仁勛是代表之一，他認(rèn)為信息技術(shù)發(fā)展對CPU的依賴已經(jīng)弱化了許多，新的芯片產(chǎn)品比如說GPU承擔(dān)了更多計算任務(wù)，因此再也不像摩爾定律所言，晶體管數(shù)目決定了性能、算力的發(fā)展，未來計算能力將會與系統(tǒng)架構(gòu)、軟件生態(tài)等更多因素有關(guān)。

圖片來源：英偉達(dá)官網(wǎng)

不難理解，黃仁勛的出發(fā)點就是技術(shù)，即晶體管與算力之間的正比關(guān)系，從這個角度去看，摩爾定律所預(yù)言的確實不復(fù)存在了。因為在近十年來，為了追求使用體驗并迎合深度學(xué)習(xí)算法需求，市場都極其愿意為價格高昂、塊頭極大的GPU買單，而這顯然已經(jīng)偏離了摩爾定律的預(yù)期。

不過有意思的是，業(yè)內(nèi)有人分析發(fā)現(xiàn)，從長期的價格走勢來看，近十年GPU性能在不斷走高，價格其實在走低，頗有“摩爾定律”的意味，而這里面，GPU產(chǎn)品走勢的主要影響因素是制造工藝的提升。

但是回到整個產(chǎn)業(yè)去看，半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展確實已經(jīng)不再如摩爾定律所預(yù)言的一般。

由此不難得出兩點：1.摩爾定律所說的晶體管數(shù)目與性能之間的關(guān)系已經(jīng)不再適用半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的整體發(fā)展走勢；2.因為需求和技術(shù)的變革，現(xiàn)在的半導(dǎo)體制造已經(jīng)不再是影響半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)按照摩爾定律發(fā)展的關(guān)鍵因素。

摩爾定律真的完全失效了嗎？

但是，摩爾定律背后所闡述的技術(shù)與經(jīng)濟(jì)發(fā)展關(guān)系也因此失效了嗎？

很難說。因為正如任何一條被反復(fù)驗證的定律一般，歷經(jīng)了半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)六十年的發(fā)展，摩爾定律勢必也將隨之發(fā)展，甚至被不斷修正，因此依然有很多人對新的產(chǎn)業(yè)定律抱有期待。

現(xiàn)在，因為摩爾定律的失效，異構(gòu)計算、AI芯片等均興起，算力、性能依然在不斷提升，但是同樣，底層芯片的成本確實也在提升。不過相較于以往只賣CPU等硬件模塊的商業(yè)模式，系統(tǒng)集成是現(xiàn)在的主流，在英偉達(dá)之后，賣服務(wù)和平臺也成為現(xiàn)在芯片公司再平常不過的銷售方式。

如果摩爾定律失效，它意味著半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)走向了一個發(fā)展的瓶頸期，或者說一個穩(wěn)定發(fā)展階段的終結(jié)。但不僅僅如此，如Timothy Taylor所分析，半導(dǎo)體推動經(jīng)濟(jì)發(fā)展的這股驅(qū)動力將會削弱，經(jīng)濟(jì)增長會受到一定程度的影響。

但是摩爾定律已經(jīng)不僅僅是一項技術(shù)定律，異構(gòu)計算等新興技術(shù)引起的商業(yè)模式變化，乃至分工模式的變化，最終和整個社會經(jīng)濟(jì)再次融為一體，形成一個長期穩(wěn)定的局面，這確實是可期的。

最后，摩爾定律的背后故事

摩爾定律第一次正式被公眾知悉，是戈登·摩爾在供職仙童半導(dǎo)體期間，他于1965年4月19日在《Electronics Magazine》上刊登的一篇《讓集成電路填滿更多的組件》中提到了它，當(dāng)時他是根據(jù)器件的復(fù)雜性（電路密度提高而價格降低）和時間之間的線性關(guān)系作出這一判斷的，他的原話是這樣的：“最低元件價格下的理雜性每年大約增加一倍?？梢源_信，短期內(nèi)這一增長率會繼續(xù)保持。即便不是有所加快的話。而在更長時期內(nèi)的增長率應(yīng)是略有波動，盡管沒有充分的理由來證明，這一增長率至少在未來十年內(nèi)幾乎維持為一個常數(shù)。”這就是后來被人稱為“摩爾定律”的最初原型。

圖 | 戈登·摩爾

1975年，摩爾在國際電信聯(lián)盟IEEE的學(xué)術(shù)年會上提交了一篇論文，根據(jù)當(dāng)時的實際情況，對"密度每年回一番"的增長率進(jìn)行了重新審定和修正。自那以后，摩爾定律就成為今天我們所見到的形態(tài)。

不過后來在1997年，摩爾本人在接受采訪時表示，他當(dāng)年是把"每年翻一番"改為"每兩年翻一番"，并聲明他從來沒有說過"每18個月翻一番"，即現(xiàn)在所流傳的18個翻一番并非出自他之口。

“修正”后，這項以摩爾命名的定律就這樣流傳了下來，并在反復(fù)驗證下收獲了業(yè)內(nèi)人的關(guān)注和認(rèn)可。未來，很有可能，它將會再次被修正甚至以另一種形態(tài)出現(xiàn)。

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