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芯片大变革之帝国落日(1)1965,无关紧要的一年

类别:业界要闻  出处:创事记  发布于:2018-12-04 14:36:19 | 336 次阅读

  我喜欢,以回顾来开启自己的论述。虽说在历史的长河里,总不乏激动人心的时刻,但我更倾向于采用黄仁宇先生在写铸《万历十五年》时的那种大历史观,由看似微不足道的小事情展开,而后慢慢把整段历史渲染殆尽。
  当然,回顾的最终目的,仍是为了探索未来,并给出合乎逻辑的启示,也唯有如此,回顾才会变得有意义,有所值。
  好吧,那么就先从1965年讲起。
  1965,在科技的历史上,似乎是平淡乏味的一年。这一年,离未来两大霸主英特尔和微软的诞生还有三年和十年的光景。全世界的人们对科技的感知仍然模糊而迟钝,彼时的主旋律更多沉浸在美苏意识形态的深深对抗之中。奔波劳作的人类,为了各自的信仰,把那场没有硝烟的政治冷战,歇斯底里地推向巅峰。
  然而,世界上,总有些事情在静悄悄地发生着。
  1965年4月份的《电子》杂志(Electronics)上,摩尔(Gordon Moore)低调发表了一篇简短的论文,仅仅三页。当时,没有人能察觉到,这篇论文会在此后的五十年间,为芯片产业的帝国奠定发展之基石,更进而掀起了风起云涌,波澜壮阔的科技革命。这其间,故事迭起,英雄辈出,有Intel与AMD的双雄争霸,有比尔盖茨主导的Wintel一统江山,有高通横刀立马于3G时代,有黄仁勋灭尽巫毒开创GPU王朝,每每道来,都不禁令人惊叹于科技天才们所带来的无穷魅力。
  然而,说起当年的那篇小论文,怕是你我连正眼也懒得去瞄一下,因为它连标题都起得如此不经意,甚至可以说,尽显寒碜。这篇论文的标题叫做《集成电路里正塞入更多的元件》[1]。这篇当时无人珍视的论文,在度过了十个春秋的寂寞之后,于1975年,被大科学家米德(Carver Mead)从故纸堆里拎了出来,总结通篇精华,并冠以作者的姓名,谓之:“摩尔定律”[2]。对于摩尔来说,当真是:生我者父母,知我者米德也。
  自此之后,这一“刻意而为”的定律,便仿若天生仲尼一般,使得芯片世界在长达五十多年的时间里,再无漫漫黑夜。
  其实,摩尔定律有好几个版本,从1965年的最初版,到1975年的修订版,再到现在大众所熟知的误传版。1965年的版本里,摩尔提出:芯片的集成度每年都会翻倍。1975年摩尔修正为:芯片的集成度每两年会翻倍。当前广为接受的误传版本:芯片的集成度每18个月翻倍。(摩尔自称,从未说过“18个月”这一数字。)这里需要提醒的是,摩尔在论文里所指的集成度,是在最小成本(minimum component cost)意义上的集成度。但通俗而言,人们都忽略了“最小成本”的概念,而把它理解为在“同等成本”下的集成度。这倒也无伤大雅。
  虽然上述三个版本的摩尔定律,对细节的描述各有不同,但总体来说,还是一致的,即:随着工艺的发展,芯片集成度与时间的关系,呈单调指数级递增。我用下面的公式来描述摩尔定律:x(t)代表芯片集成度,随着时间t,呈指数级增长,其增长率r为2,时间常量τ约等于两年。
  这里x0是初始值,大约为8,是预设的在1965年的集成度,可以简单理解为1颗芯片上能集成8个晶体管(大致相当于一个bit的SRAM Cell)。x1是1975年的集成度,大约为8192。
  按照上面的公式推算,在2015年的时候,芯片的集成度约为80亿个晶体管。这一数字,与Intel在2016年初发布的Xeon Broadwell-E5(72亿晶体管),和Nvidia在2015发布的GM200 Maxwell(80亿晶体管),竟是惊人地接近!
  这就是,天才摩尔在五十多年前的那个春天里,所做出的一个静悄悄的“神谕”。
  这篇论文的发表,并没有给摩尔带来太多的关注。他的生活,一如既往,仍是整日沉浸在仙童半导体在Palo Alto的实验室里,开发着各种各样至关重要的芯片:MOS场效应管运算放大器,RTL数字逻辑芯片,等等。
  然而,让摩尔未曾料到的是,在仙童半导体欣欣向荣的风光之下,一场集团内部的“政治斗争”正呈现出山雨欲来之势。
  事情的起因很简单:母公司“仙童摄影器材公司”,把子公司仙童半导体的盈利移走,补贴给其它亏损的部门,并且母公司给仙童半导体部门管理层的股票奖励居然还大大少于那些亏损部门的管理层。毕竟,仙童半导体一向被母公司看作是外来的“庶子”。
  这一年,摩尔本人,也因为在研发RTL数字逻辑芯片上的一个失误,而受到了母公司的指责。当时的情况是,摩尔所领导的团队研发出了非常廉价的RTL数字逻辑芯片,并和美国军方签了订单。但在实际使用中却发现,这种RTL数字逻辑芯片根本无法承受军用的苛刻环境,常常被高电压击穿。如此一来,产品被退回,还大大影响了仙童的声誉。后来,摩尔的团队花了相当长的时间,才设计出了另一种高可靠性的DTL逻辑芯片,但当年的损失却是无法弥补了。
  唉,即使是天才,也未必能够百分百做对每一件事情。尤其是对于工程研发人员来说,有这么一种尴尬而苦恼的情形:当你做的工作越多,你出错的可能性就会越大,而任何一个错误的出现,都会毁了你一年的考评。
  这一切,自然引起了摩尔的上司,诺伊斯(Robert Noyce)的强烈不满。诺伊斯是仙童半导体的负责人,也是摩尔的挚友,他们曾一起从诺贝尔奖得主肖克利教授的实验室“叛逃”,二人俱是硅谷历史上赫赫有名的“八大锤”(Traitorous Eight)成员。
  不久之后,诺伊斯也在与母公司高管的争斗中,败下阵来,不仅没有获得原本承诺的升迁,职权范围还被一再缩小。在这种不断的内耗之下,仙童半导体于1967年遭受了史上第一次的亏损,巨亏760万美元。
  有时候,在失败已成定局的时候,人们反而能够挣脱了束缚。
  1968年,摩尔、诺伊斯、还有安迪葛鲁夫(当时是摩尔的下属),一起离开仙童,创建Intel。三年之前,摩尔所总结出来的定律,没能在仙童获得足够的认可,但却在之后的Intel公司里,成为了指引CPU研发的金科玉律,并进而掀起了整个芯片产业的第一场伟大革命......
  图内左起:Andy Grove, Robert Noyce, and Gordon Moore图内左起:Andy Grove, Robert Noyce, and Gordon Moore今天,在2018的岁末,我回顾了那个似乎无关紧要的1965,其目的并非是感叹过往,伤怀旧事,而是因为这个持续了五十余年的芯片产业正面临着第二场风云激荡的大变革。倘若把整个产业形容为一个帝国,那么自“高祖”摩尔定鼎以来,天下太平五十年之后,原本牢不可破的基石,“摩尔定律”,正在被物理学极限的“山洪”一片片冲刷散去。帝国根基已然不稳,满目望去,尽是撒在桑榆之间的落日余晖。
  确切地说,摩尔定律在辉煌五十载后,终于走到了尽头。在本系列后面的文章里,我将会讨论芯片产业所面临的三大挑战:摩尔终结,智能计算,物联组网。这三点,即是挑战,也是方向。未来的芯片产业,几乎所有之变革都会以这三点为基础,延展而生。
  当我们把目光再次回落到1965,这一年可能只是大多数工程师默默耕耘的365个普通的日日夜夜。我们不妨站在时光的栏杆处,看那些风景历历,看那些过客匆匆:这一年,36岁的摩尔还在仙童半导体担任研发总监,三年之后才会去创建伟大的Intel;这一年,比尔盖茨十岁,正在读小学,三年之后才会接触到那台改变了其人生的Teletype Model 33 ASR;这一年,乔布斯也十岁,却已经展现出来一种成熟的“社交天赋”,他并不愿与同龄人为伍,而是深深沉迷于和一群电子工程师们交朋友;这一年......
关键词:芯片 

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