在我們過(guò)往人生的大部分時(shí)間里，計(jì)算機(jī)和技術(shù)每年都會(huì)變得更好、更快、更便宜的想法就像每天早晨太陽(yáng)升起一樣篤定。IEEE SPECTRUM上“GlobalFoundries Halts 7-nm Chip Development”一文（點(diǎn)擊這里查看中文譯文）中所講述的故事聽(tīng)起來(lái)并不像是一個(gè)時(shí)代的結(jié)束，但對(duì)于你和任何一個(gè)使用電子設(shè)備的人來(lái)說(shuō)，它無(wú)疑是。

技術(shù)創(chuàng)新將朝著與以往不同的方向發(fā)展。

GlobalFoundries是為其他公司生產(chǎn)最先進(jìn)硅芯片的三家主要公司之一，其客戶包括AMD、IBM、Broadcom、Qualcomm、STM和美國(guó)國(guó)防部等。其他兩家是三星和臺(tái)積電?，F(xiàn)在只有這兩家公司在追求前沿技術(shù)。（Intel也在研發(fā)這樣的更先進(jìn)芯片，但它為其他公司生產(chǎn)芯片的業(yè)務(wù)規(guī)模相對(duì)較小。）

這是個(gè)大事件。

插圖來(lái)源：iStockphoto

自從大約60年前集成電路發(fā)明以來(lái)，計(jì)算機(jī)芯片制造商每年都能在單個(gè)硅片上封裝更多的晶體管。1965年，Intel創(chuàng)始人之一Gordon Moore觀察到，（單個(gè)硅片上封裝的）晶體管的數(shù)量每24個(gè)月就會(huì)翻一番，而且還將繼續(xù)以這樣的速度增長(zhǎng)下去。40年來(lái)，芯片行業(yè)成功實(shí)現(xiàn)了這一預(yù)測(cè)。1960年的第一個(gè)集成電路大約有10個(gè)晶體管。今天最復(fù)雜的硅芯片上有100億個(gè)晶體管。想想看，硅芯片現(xiàn)在能容納10億倍于那時(shí)的集成電路的晶體管。

但是，摩爾定律在十年前就失效了。只是消費(fèi)者沒(méi)有意識(shí)到這一點(diǎn)。

芯片是使用特殊的化學(xué)物質(zhì)和材料在晶圓廠里通過(guò)光刻技術(shù)制造出來(lái)的。要在每一代芯片中封裝更多的晶體管，需要晶圓廠縮小晶體管的尺寸。第一批晶體管是用80微米寬的線刻的。如今，三星和臺(tái)積電正在推動(dòng)生產(chǎn)特征尺寸只有幾十納米的芯片。這縮小了約2000倍。

縮小線寬的新一代芯片都需要晶圓廠投入巨額資金建造新的芯片制造設(shè)備。雖然第一批晶圓廠的設(shè)備成本只有幾百萬(wàn)美元，但今天的晶圓廠——那些追求前沿技術(shù)的晶圓廠——設(shè)備成本高達(dá)100億美元。

而晶圓廠的成本暴漲并不只是由在芯片上封裝更多晶體管引起的。芯片線寬的每次縮小都意味著更高的復(fù)雜度。在光刻的每個(gè)步驟，都必須精準(zhǔn)地使圖形處在精確的位置。在7納米工藝中，需要多達(dá)80個(gè)這樣的步驟。

將更多晶體管封裝到芯片上的另一個(gè)限制是登納德縮放定律（Dennard scale）：當(dāng)晶體管變小時(shí)，它們的功率密度保持不變，因此功耗與面積成正比。但是登納德縮放定律已經(jīng)失效，產(chǎn)生了一個(gè)“功耗墻” ——時(shí)鐘速度的一個(gè)界線限制——自2005年以來(lái)，它將微處理器的頻率限制在了4千兆赫左右。這也是存儲(chǔ)密度不會(huì)以十年前我們看到的速度增長(zhǎng)的原因。

在后登納德縮放定律時(shí)代，繼續(xù)縮小晶體管是如此之難，以致于就連微處理器領(lǐng)域的領(lǐng)導(dǎo)者、數(shù)十年來(lái)一直是領(lǐng)先芯片技術(shù)的黃金標(biāo)準(zhǔn)的Intel公司也步履蹣跚。業(yè)內(nèi)觀察人士表示，Intel在向下一代10納米和7納米設(shè)計(jì)前進(jìn)的道路上遇到了幾個(gè)減速帶，它目前落后于臺(tái)積電和三星。

螺旋式上升的制造商投資成本、技術(shù)壁壘、功率密度限制和收益遞減，這些因素綜合起來(lái)構(gòu)成了GlobalFoundries放棄研發(fā)7納米制造工藝的原因。這也意味著硅芯片創(chuàng)新的未來(lái)方向不再是可預(yù)測(cè)的。

不再在一塊芯片上安裝更多的晶體管并不意味著計(jì)算機(jī)或移動(dòng)設(shè)備創(chuàng)新的終結(jié)。（顯然，前沿將會(huì)繼續(xù)向前推進(jìn)，但將幾乎是在不知不覺(jué)中逐年前推的；GlobalFoundaries公司并沒(méi)有倒閉，它只是不再是一個(gè)推進(jìn)前沿技術(shù)的公司。）

它的真正含義是，我們處在可以保證計(jì)算能力年年都增長(zhǎng)的末期階段。其結(jié)果是我們過(guò)去60年所習(xí)慣的那類創(chuàng)新將終結(jié)?，F(xiàn)在，設(shè)備設(shè)計(jì)師們需要對(duì)他們已經(jīng)使用的那100億個(gè)晶體管進(jìn)行更多的創(chuàng)新，來(lái)取代我們過(guò)去習(xí)慣看到的那些更快的版本。

值得記住的是，在過(guò)去的至少35000年里，人類的大腦擁有1000億個(gè)神經(jīng)元。然而，我們已經(jīng)學(xué)會(huì)了用相同的計(jì)算能力做更多的事情。半導(dǎo)體也是如此。我們要找出使用這100億個(gè)晶體管的全新方法。

例如，即將出現(xiàn)新的芯片架構(gòu)，比如用于人工智能和其他類型機(jī)器學(xué)習(xí)的大規(guī)模并行CPU和專用芯片，封裝芯片和將存儲(chǔ)器互連的新方法，甚至是新型存儲(chǔ)器。而其他的設(shè)計(jì)有的在向極低能耗的方向推進(jìn)，有的在向低成本的方向推進(jìn)。

那么，對(duì)于消費(fèi)者來(lái)說(shuō)，這意味著什么呢？首先，需要非常快速的計(jì)算的高性能應(yīng)用程序?qū)⒗^續(xù)從本地設(shè)備遷移到云，并通過(guò)新的5G網(wǎng)絡(luò)進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)。其次，雖然今天的現(xiàn)有軟件在我們購(gòu)買的計(jì)算設(shè)備上運(yùn)行時(shí)并不會(huì)快很多，但新的功能——面部識(shí)別、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)、自主導(dǎo)航，以及我們從未想過(guò)的應(yīng)用程序——將來(lái)自使用新的顯示器、傳感器和其他仍在原型階段的技術(shù)的軟件。

計(jì)算機(jī)世界正在進(jìn)入一個(gè)新的未知領(lǐng)域。對(duì)于臺(tái)式機(jī)和移動(dòng)設(shè)備來(lái)說(shuō)，“必須”升級(jí)的需求不是為了速度，而是為了新功能。

半個(gè)世紀(jì)以來(lái)，芯片制造商的規(guī)則第一次發(fā)生了變化。在這一轉(zhuǎn)型過(guò)程中，將出現(xiàn)一系列新的贏家和輸家?？纯词裁磿?huì)從霧中浮現(xiàn)出來(lái)，將是件令人興奮的事。