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英特尔创始人去世,“摩尔定律”光辉闪耀 50 年

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发表于 2023-3-26 20:53:52 | 显示全部楼层 |阅读模式 来自 美国
作者丨邱晓芬7 ^# |+ ^! Y: q, u
编辑丨苏建勋( z+ ~: `; u& t' B( V' u6 q& U
据外媒报道,英特尔联合创始人戈登 · 摩尔于当地时间 3 月 24 日去世,享年 94 岁。
5 ], A' ^0 f: p0 V* D, x作为一名科学家,戈登 · 摩尔提出了影响半导体行业 50 年的 " 摩尔定律 ",带领经芯片晶体管数量从几千个到十几亿的跨越。他又不仅仅是一名出色的科学家,如他的追求所言,探寻科学精神在商业世界的落地。
$ Z  z2 A9 w. B& A. i8 U" i) P于是,在他的职业生涯中,经历了从肖克利实验室 " 叛逃 " 到仙童半导体,再到创办英特尔,带领英特尔从存储芯片巨头到开启 PC 时代的传奇。
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) [3 X8 Z) D+ v英特尔官网发布的讣告
$ @" c' y, e, F# c4 {+ l6 j一条小小的摩尔定律,成就了英特尔成为市值千亿的公司,驱动着半导体行业发展。
; C4 o7 h0 L* [3 d摩尔定律本质上给半导体行业玩家划定了一条生死线。如果企业不能在 18 个月的周期内完成一次性能完美升级,将会被行业竞争对手淘汰。
7 L) I3 S" X- D# b% X9 r+ l市场的充分竞争,受益的永远是用户。单位面积芯片晶体管数量越来越多,芯片的计算速度才会越来越快,叠加在芯片上的功能日益丰富,电脑也从只能进行简单运算、并且需要一整个屋子的占地面积,进化到如今能掌上办公 / 娱乐等等的计算平台。; Y; N7 `- J$ }6 `
但更重要的是,在摩尔定律的带动下,存储芯片在内的半导体价格每年以 30% 的幅度下降。戈登 · 摩尔所开启的半导体平价化时代,裹挟着信息时代和当代经济,滚滚向前。/ _, P/ n  T6 c
《摩尔神话:硅谷数字革命先驱的传奇人生》一书中这么写道:人类的技术史上,硅晶体制造带来的革命性影响,与蒸汽铁路、汽车、飞机比肩。如今的人从没惊叹于半导体史无前例的增长节奏,因为他们对于这种增长早已司空见惯。1 k( R, L- ]- {6 e7 _% [
戈登 · 摩尔已逝,半导体所驱动的信息世界永不落幕。他的宝贵遗产," 摩尔定律 " 的光辉闪烁了五十年,至今,光芒依旧。+ h8 I+ F  R- j9 ~. c: ]: ^
数度叛逃," 淘气孩子的奇迹 "
" d) @  F+ H4 W. S对于获得化学专业学士学位、又手握物理学博士学位的戈登摩尔来说,他的追求是,所学能够不止停留在象牙塔,还要发挥出知识相应的价值。; D- G0 d8 h  W* ]5 L4 }
但这在他的职业生涯早期,落地路线并不清晰。戈登 · 摩尔从加利福尼亚大学毕业后的第一个去处是,在约翰斯普金斯大学的应用物理实验室工作,观察的方向是 " 红外线吸收形状 "。" e5 i7 m* K# W5 q; a6 p
从事基础物理研究的他,彼时收入颇丰。戈登 · 摩尔将精密计算的习惯也用在了职业生涯思考上:发表一篇论文,一个单词能帮他创造 5 美元的收入,这让他生活无忧,却十分彷徨。; h7 E& g$ ^* u4 d# Z" G3 h
两个疑问在心中浮现:" 谁会读这些文章?政府和公众如何从这些文章中获得相应价值?" 于是几年后,戈登 · 摩尔在收到集成电电路发明者威廉 · 肖克利的邀请后,很快加入了他的半导体实验室。4 F8 _$ ^# J6 }: c4 s. o% p1 H5 a- w
天才科学家一直是投资机构热捧的对象,但当实验室技术想要落地到商业世界,创业者往往需要补充产品思维、销售能力等等——这并不是擅长理论研究的科学家所擅长的。
* \2 u- ]+ o- }) S% T肖克利尽管是一名伟大的科学家,但是他的实验室在持续了多年依旧没有合适的产品推出,管理风格又过于暴躁,于是折戟在泥泞的商业世界中。  X" ^: M- T$ Y$ N8 J
将技术与商业思维结合,是戈登 · 摩尔在肖克利半导体实验室最大的收获,并且贯穿在他日后的创业生涯中。在这间实验室,他的另一项意外之喜是,遇到了日后共同创办英特尔的合作伙伴罗伯特 · 诺伊斯。$ X3 V. I7 O4 F3 V1 L
1957 年,戈登 · 摩尔以及罗伯特 · 诺伊斯,还有实验室的另外六位科学家,决定 " 叛逃 ",创办了仙童半导体公司。没有人想到,肖克利当时嗤之以鼻的 " 硅谷八叛徒 ",日后成就了如今的硅基半导体世界。1 d$ r4 z# X" @4 P

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1 K; n' [* c. W+ q; V* K硅谷八叛徒 图片来自网络" w6 @# Z& q# [, [  c5 H. s, e
在仙童半导体公司,摩尔做的方向是在他们肖克利实验室并不被采纳的尝试——用硅基材料代替锗基材料制造半导体。相比于锗材料,硅基材料更稳定、原材料也更易得。
( l6 t/ n" Y3 H& B! Q6 E这家被人们称为 " 淘气孩子的奇迹 " 的公司,创造了奇迹。在仙童半导体公司,摩尔等人将硅晶体管用在了 IBM 公司的电脑存储器上,成立的短短十年间,这家公司的营业额已经接近 2 亿美元。在当时,这是一项天文数字。
# w7 y/ t7 D4 S. v) [* b不过,1965 年摩尔无意间的一项发现,彻底改变了他的命运。他决定再一次叛逃。" 淘气孩子的奇迹 " 再次延续。+ a" S% [, A$ O' v& R
一条定律,造就的千亿市值公司
1 P. j" D& X$ ~# U& ^, A1965 年第 35 期《电子》杂志上一篇短篇论文,又一次改变了半导体的历史。* ~5 J. H% \  C3 S. t& G& M8 a, l
摩尔在文中大胆预测,集成电路上的电子管将会越变越小,因此数量每 2 年就会翻一倍。随后,他又进一步做出更加精准的预测,将 "2 年 " 的表述改为 "18 个月 "。, A, q. c/ A4 ~# |* `
与摩尔定律相对应的是,谷歌的前 CEO 埃里克 · 施密特的反摩尔定律,指出了,如果一个 IT 公司今天和 18 个月后卖掉同样多的产品,那么他的营业额就要降一半。6 H: L0 I, T' M% S$ p2 s6 [
这两项定律,为所有的半导体公司指定了正确的研发节奏和思路。
: |  M% Y! S( m6 N3 f仙童半导体公司的盛况没有持续太久。1968 年,在加州一栋破旧的楼房中,摩尔和诺伊斯成立了英特尔公司,依旧延续了硅基存储器的方向。摩尔也尝试将摩尔定律融入到了新公司的商业模式中。
6 x' E$ A6 d: m- J  V" c在摩尔定律的指导下,英特尔找到了一个绝佳的发展模式:每年都会投入大量的钱用于技术创新,每 18 个月,这家公司的产品就会有一次颠覆式创新,通过技术创新,公司从市场上收割高额利润,再滚动投入下一次的研发周期。% v- g$ E. r. t- A0 `$ T
摩尔深知,只有 " 自我革命 ",才能在激烈的市场中站稳脚步。在 " 摩尔定律 " 的驱动下,英特尔从 64 位双极处理器开始做起,一年之内,又推出了 256 位大容量半导体,18 个月内,又推出了更大容量的 1KB 存储器芯片。) p1 V1 d2 C+ i( L$ z+ I: ]
这些芯片的价格更便宜且存储信息量更大,存储的时代从以前熟知的磁带存储,切换至半导体存储。成立短短 4 年间,英特尔的销售额就超过了 2000 万美元。+ h- y; c; F5 N% ~& }

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5 h3 F7 e  A, [保持摩尔定律并不是英特尔牢不可破的壁垒,存储芯片的竞争向来风起云涌。
% \4 I" v& @* L" l; q; x/ j存储器芯片市场有着明显的大宗商品特点,终极赛点是存储容量和价格,因此各家产品的差异度不高,市场用户的忠诚度也不高。存储芯片的巨头宝座在过去数十年的频繁流转也可以证明这一点——从美国到韩国、日本、再到如今美日韩三国鼎立。
  z& v; v% Z3 s4 z" W2 G, X存储芯片第一波竞争,序幕是在上世纪八十年代年拉开的。在英特尔推出的 8087 芯片之后,日本公司松下很快拿出了一块包含晶体管元件更多、造价更低的芯片。- P; S9 U  W- m4 z( b: I0 u
东亚的举国之力,存储芯片力量迅速崛起,成为英特尔成立以来最大一次挑战。不过,在摩尔看来,改变正恰恰是人生最快乐的事情。0 w6 [: t, ]  L
在摩尔的主持下,英特尔做了一项艰难的决定:将发展重点从存储芯片切换到 PC。这次惊险一跃,日后也被证实是一项极其正确的转型。* f8 g( A5 F# G
从 80836 处理器开始,英特尔在 1987 年成功推出比 IBM 的个人计算机运算速度快数倍的 836 计算机,到了 1993 年,英特尔又推出了自己的第五款 CPU 产品 " 奔腾 "。
* }- v  W8 t* h$ o! Y$ I此后," 奔腾 "CPU 和微软的 windows95 实现软硬件绑定,win-tel 联盟是一道铜墙铁壁。有了微软的支持,英特尔的芯片席卷全球,成为最大的芯片制造商。
3 d0 H2 q9 J; P4 \( \( q9 C" 奔腾的芯 ",让摩尔主导的英特尔在几十年间,避开了日韩存储芯片的锋芒,专注于引领 PC 时代的飞速发展。
9 B2 e- P! m, E' D: X1 [! C当然,英特尔的成功并不仅仅只是摩尔一个人的功劳。
! a0 [( u$ {; d) `1 g6 M摩尔把握住了摩尔定律,罗伯特 · 诺伊斯则惊喜启动了晶体管制造的外包模式,安迪 · 格鲁夫则承担着起前两者并不擅长的公司管理,把握航向。英特尔三巨头的组合,使得英特尔能够在很长一段时间内,用低价格推出性能改进芯片,并且找到了够消化这些芯片的消费电子市场。
, W" Y/ V, Q! ^* E这家公司的成功,是技术、商业、管理的合力结果。3 l  L3 K- k! h8 F4 H# G
寻找下一个摩尔! e, Y7 t% a' E& u& b
戈登摩尔所提出的摩尔定律,是这场半导体革命的推手,戈登 · 摩尔本人也成是最终的赢家。2020 年,戈登 · 摩尔以 103 亿美元的财富,位列《2020 年福布斯美国富豪榜》第 48 位。( h! v, I1 r+ I2 C+ J
但是,在提出摩尔定律之初,摩尔对于定律的生命力略显谦虚。他一度认为,摩尔定律不会一成不变," 每隔 10-15 年就会变化一次 ",尤其是随着半导体晶体管在有限面积上呈现指数型增长的情况下——在过去的五十年间,在摩尔定律推动下,芯片上集成的晶体管从几千激增到十几亿。
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; ^& b; i6 T) ?; {" U# w/ X戈登 · 摩尔 图源英特尔官网
, ~2 s1 a! {1 c0 R2 ~5 o如今的摩尔定律尽管还在发挥作用,局限性已经日益凸显。! r2 `$ Y9 x. g' e5 u$ w
首先,芯片迈进 4nm 甚至更小的尺寸,已逐渐逼近物理极限,不管是与此匹配的光刻技术、信号处理能力等等参数,都难以在极小尺寸上正常发挥。进入量子领域之后,原来传统物理学的理论即将失效。
0 z7 }( ~2 {+ Q: r, w: W其次,从经济的角度,后摩尔时代下,先进制程生产成本也是企业难以企及的。先进制程对于芯片的生产环境、设计、调试的要求也更高,成本也在呈现指数型增长。
3 C3 O2 Z6 q3 _* ~" _' y$ U数据显示,一条 90nm 制程芯片的生产线建设成本为 20 亿美元,而 20nm 的芯片,成本达到 67 亿美元,翻了三倍多。: V& l* u7 t" x: C1 U
此外,还有需求问题。就算有企业愿意持续砸钱攀登摩尔定律极限高峰,行业还需要找到手机之后、能装下这些先进芯片的消费电子领域。而对于多数企业来说,中等处理器大部分已经能够满足当下的大部分需求。
+ L7 t! _  C8 S" y# u7 F: G伴随着戈登摩尔在 2006 年退休、离开英特尔舞台,英特尔的摩尔时代似乎正在逐渐翻篇。在后摩尔时代,英特尔在芯片制程的更新迭代时间,甚至是命名方式都出现了一定的灵活调整。1 v" m6 ~( ?# I! G' D0 N
肉眼可见的是,英特尔在先进制程上的追赶速度变慢了。英特尔曾今用 "tick-tock" 模式概括自己的先进制程工艺追赶进程,这个名称源于时钟秒针行走时的声响,一个 "tick" 代表更新制程工艺,"tock" 表示架构提升。
$ X4 d: o2 s8 R; c, Y在戈登 · 摩尔退休后的第八年,正式进入 14nm 时代的英特尔,将 18 个月的更新周期调整为了 3 年,在原来的 "tick-tock" 模式中,增加了一年的芯片优化器。而实际上,事实是,英特尔实际的 10nm 的技术从 2017 年拖到 2019 年,7nm 也从 2019 年拖到 2022 年下半年投产。
4 X/ ]4 K1 M( w4 k2 `甚至在 2021 年,英特尔推翻了先进制程的命名方式,放弃 " 纳米 " 转向 " 埃米 ",用 Intel 7、Intel 4 的称呼来代指原来的 10nm、7nm 技术。. A9 F  A$ Z/ ?. X- b/ U( z% o0 N
戈登 · 摩尔留下的遗产,在英特尔内部依旧有效。英特尔 CEO 帕特 · 基辛格此前在接受媒体采访时表示——对于未来十年走向超越 1 纳米节点的创新,英特尔有着一条清晰的路径。"在穷尽元素周期表之前,摩尔定律都不会失效。"
8 O/ ~3 y& i' T. ]) C/ r+ c但摩尔所创办的英特尔,还在等待下一个摩尔,以及后摩尔时代之下,正确的生存姿态。: g0 h4 u* O0 o$ p3 {
延伸阅读:' r( {# K3 j3 F& |9 o: s+ f
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