ACM通信

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摩尔定律和沙堆悖论

Moshe Y. Vardi著
ACM通信，2014年5月，57卷第5期，第5页
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沙堆悖论是一个古希腊悖论，它考虑了归纳法的失败。想象一堆沙子，从中取出一粒沙子。剩下的肯定是一堆沙子。但如果我们重复这个过程的时间足够长，我们就会只剩下一粒沙子，而不是一堆。

我们中的许多人在整个职业生涯中都与摩尔定律相伴。我们知道摩尔定律——芯片上晶体管数量每隔几年翻一番——不可能永远持续下去，但摩尔定律的终结似乎总是遥不可及。没有更多的。现在越来越清楚的是，我们正在见证一场非同寻常的技术传奇的结局。

事实上，这种结局在过去十年中一直在持续。正如我在《摩尔的派对结束了吗?》(2011年11月)，Dennard Scaling，由IBM的Robert Dennard在1974年描述，断言随着晶体管变得越来越小，功率密度保持不变，大约在10年前就已经坏了。正如我当时写的那样，这意味着晶体管密度的增加不再自动导致计算机性能的提高。虽然半导体行业能够继续创新，减小晶体管的尺寸，增加晶体管的密度，但越来越多的迹象表明摩尔定律陷入了严重的麻烦。

首先，该行业用来描述其不断向摩尔定律进军的术语已经从物理学转向了市场营销。在0.35微米芯片时代，这个数字指的是晶体管门的长度。但是今天，当英特尔开始生产14纳米芯片时，除了暗示晶体管密度的持续增加外，根本不清楚这个数字意味着什么。

虽然该行业一直在努力利用晶体管密度来提供性能，但它也面临着来自业务方面的挑战。毕竟，摩尔定律的真正意义不只是提供改进的性能，而是提供改进的性价比，这意味着我们以固定的甚至更低的成本获得改进的性能。没有更多的。半导体咨询公司林利集团(Linley Group)去年指出，在2012年，1美元可以买到20M个28纳米晶体管，而2015年的预测是1美元可以买到1900万个16纳米晶体管。晶体管成本如此之高简直是前所未有的。

最后，以目前的发展速度，我们将在1015年内达到5纳米的里程碑，有很强的技术论据解释为什么CMOS，这个为我们服务了几十年的半导体技术，不能进一步缩小规模。事实上，现任美国国防部高级研究计划局(DARPA)研究员、英特尔(Intel)前IA-32首席架构师罗伯特•科尔韦尔(Robert Colwell)最近公开宣称，他预计摩尔定律将在2020年左右消亡。在最近的一项分析中，Andrew a . Chien和Vijay karamchetti认为，就闪存而言，摩尔定律已经终结，容量的增加将伴随着可靠性和性能的下降。虽然有许多替代CMOS技术的方法，但它们中的任何一种是否足够成熟，在10年内成为半导体行业的主力，这是值得怀疑的。

因此，真正的问题不在于摩尔定律将于何时消亡;可以说它已经是行尸走肉了。真正的问题是，当过去50年推动我们这个领域的力量正在消散时，现在会发生什么。事实上，摩尔定律已经塑造了我们周围的许多现代世界。麦肯锡(McKinsey)最近的一项研究将“过去20年里全球生产率增长的40%归功于半导体性能和成本的提高使信息和通信技术的发展成为可能。”事实上，摩尔定律的消亡是一些经济学家预测“大停滞”的原因之一(参见我2013年9月的专栏)。

“预测是困难的，”有人说，“尤其是对未来的预测。”唯一可以肯定的是，未来20年将是“有趣的时代”。一方面，由于摩尔定律不会轻易地给我们带来性能的提高，我们将不得不通过改进算法和系统来实现性能的提高。这是计算机研究的大好机会。另一方面，该行业可能会经历技术商品化，导致利润下降。没有健康的利润空间投入到研发中，创新可能会放缓，向后cmos世界的过渡可能是漫长、缓慢和痛苦的。

无论事态如何发展，我们必须承认摩尔定律正在消亡，我们正在进入一个未知的领域。

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摩西·y瓦迪主编

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