芯片发展的极限在哪？.doc

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1、芯片发展的极限在哪？　　现在摩尔定律进入困难时期。去年，英特尔曾表示，现在要让处理器的性能翻倍需要30个月的时间。2016年5月，曾经刊发一篇文章，标题就是“摩尔定律终结”。　　的确，计算机性能的提升速度正在放缓。放缓还带来一个问题：许多下一代产品依赖于更快、更节能、更便宜的芯片，而芯片的进步建立在一个假设之上，那就是摩尔定律仍然有效。如果芯片的提升速度放慢，甚至停滞，VR、AI、无人驾驶汽车、医疗、遗传工程，甚至连最新的智能手机都会受到干扰，无法快速推出。　　真的会死亡吗?也许有些夸大。　　芯片发展的极限在哪？　　现在摩

2、尔定律进入困难时期。去年，英特尔曾表示，现在要让处理器的性能翻倍需要30个月的时间。2016年5月，曾经刊发一篇文章，标题就是“摩尔定律终结”。　　的确，计算机性能的提升速度正在放缓。放缓还带来一个问题：许多下一代产品依赖于更快、更节能、更便宜的芯片，而芯片的进步建立在一个假设之上，那就是摩尔定律仍然有效。如果芯片的提升速度放慢，甚至停滞，VR、AI、无人驾驶汽车、医疗、遗传工程，甚至连最新的智能手机都会受到干扰，无法快速推出。　　真的会死亡吗?也许有些夸大。　　芯片到底可以变得有多小　　“必须”不是建议，而是物理的必然。

3、几年来，计算机工程师不断缩小芯片的尺寸，获得更高的性能，但是这种策略渐渐走到了尽头。设计芯片时我们遇到了物理和几何瓶颈：要让芯片变小极为困难。　　现代芯片设计将芯片组件之间的间隙缩小到十几纳米。如果不是工程师，可能不知道十几纳米是什么概念。一张纸的厚度约为0.1毫米，它相当于10万纳米。现在芯片中空间的尺寸大约相当于一张纸厚度的1/8000。虽然进一步缩小尺寸是有可能的，比如降到7纳米，不过按照产业的估计，即使只是开发一款7纳米原型芯片，成本也会达到1亿美元，目前全球只有3家企业可以做到：台积电、三星和英特尔。英特尔已经宣

4、布，投入90亿美元开发7纳米处理器，开发至少要4年时间。　　7纳米实际上已经做到了。如果想进一步缩小尺寸，进步的空间并不大。因此在7纳米之后，如果我们想提高计算技术的性能必须从两个方面下手：一是热管理，二是能源密度。热量和能源问题是巨大的设计难题，也是“设备杀手”。它们对创新至关重要，由于尺寸受到限制，热量和能源问题束手束脚，所以我们基本上只能维持现状。　　第一步：减少热量　　要让计算性能飞速提升，我们必须强化热量管理技术。打个比方：要让汽车跑得更快，我们需要安装更强大的引擎，装备更好的轮胎;但目前的问题在于，如果让引擎更

5、强大，轮胎会爆胎。　　热问题已经阻挡了某些计算机技术的进步，比如堆叠(stacking)，这种设计方案将计算机组件堆叠起来，比如处理器、内存、电源。采用堆叠设计，机器内部命令、电能移动的距离就会缩短，节省能源，提升处理速度。　　虽然堆叠组件可以让计算机更快，但是生成的热量比分离更多。组件靠得太近为工程师带来挑战，他们要让设备在安全可行的温度下运行。正因如此，高通和英特尔已经抛弃了堆叠概念。英特尔组装和测试开发技术主管巴巴克?沙比(BabakSabi)说：“从逻辑上讲，没有人能够真正将内存堆叠，除非有人可以拿出热解决方案……

6、我不认为有人会使用堆叠技术。”　　老式散热技术依赖于铜管和铝管，用垫片导热。但金属管和垫片太笨重了，装在笔记本、手机、汽车中效率不高。另外，老散热系统太坚硬，不够灵活，结果成为了设计的“噩梦”：你必须用铜垫片设计苗条性感的智能手机。　　热技术阻碍了计算机整体性能的提升，但是技术正在快速进步，这是一个好消息。以后的热解决方案包括了凝胶、糊状物、新型柔性纤维，抛弃那些笨重坚固的材料。例如，NASA正在测试新散热材料，这种材料很轻很柔软，跟天鹅绒很相似。　　第二步：增加能源密度　　如果说热问题让摩尔定律“蹒跚前进”，那么能源密度

7、问题则将摩尔定律变成了“跛子”。　　所谓能源密度，就是说我们可以在特定空间内存储多少能源。能源密度越高，相同尺寸的电池就可以提供更多的电能。我们可以用赛车类比，如果说计算机处理器就是引擎，热管理是轮胎，那么能量密度就是燃油。　　计算机及其它电子产品越来越快，越来越强，我们需要在更小的空间存储更多的能源，可惜电池技术进步缓慢。三星Note7告诉我们：一面我们希望电池能够提供更多的电能，另一方面又要遵守严格的设计规范，二者必须平衡，如果平衡稍稍打破就会变成灾难。　　能量密度问题成为一只拦路虎，影响了下一代计算产品的发展，比如机

8、器人、无人机、太空探索设备、电子设备。在这些领域能量密度决定一切。对于消费者来说，由于能量密度没有大幅增加，所以我们会觉得手机电池不够用。　　问题还不只这么简单，能量密度与热量管理问题是相互关联的。存储能源，充电，抽取电能，全都会产生热量。每一次当工程师在某方面取得进步，另一方面又会失常，导致问题变得更