超载叽
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“啊哒”~嘤嘤怪+硬妹,一个经不起批评的人。科幻文学硕士,星球大战中文网副站长。关注科技、游戏、艺术、美食、历史等领域。曾服务于多家主流媒体,主持过文化、科技、游戏等栏目。 创作,是要发现和体现属于自己的趣味。 此博客登载本人原创文字和编译内容,未经授权严禁转载。 “伏枥骅骝千里志,经霜乔木百年心。”

摩尔已逝,定律犹存

拼制程的增量时代走向终局,芯片生意的逻辑很快要颠覆。

芯片是一门严肃的生意。没有钢铁般的意志和聪慧的头脑,迟早血本无归。戈登·摩尔(Gordon Moore)富可敌国,以性格温和著称。

英特尔的三名创始人,人称“三位一体”:魅力非凡的诺伊斯是“圣父”,争强好胜的格鲁夫是“圣子”,而善良友好的摩尔是“圣灵”。

3月24日,94岁的摩尔逝世。他的生命贯穿了信息时代,以终身不堕的美德和巨额的慈善资金指引硅谷:低调,谦逊,信仰技术进步,不食人间烟火,也不愿做出任何伤害感情的选择。

而他创造的“摩尔定律”,虽然日益逼近物理极限,但尚能缓慢推进,守住第二次世界大战后持续半个多世纪的技术黄金期的绚烂尾声。

摩尔的离去,像是冥冥中某种预兆——拼制程的增量时代走向终局,芯片生意的逻辑很快要颠覆。

摩尔定律诞生

多年以后,假若硅谷的乔布斯、布林、佩奇、扎克伯格都被忘在脑后,人们依然会想起摩尔定律背后的戈登·摩尔。

摩尔写“摩尔定律”时,心里一点不激动,也没有料到什么“划时代”的意义:他的精力都花在如何计算仙童公司最近三代集成电路的性价比。

1965年4月19日,《电子》杂志刊登了他的论文,名为《把更多元件塞进集成电路》。文章开宗明义:“集成电子的未来就是电子学的未来。”最著名的部分是,“电路复杂性大致按照每年两倍的比率提升”。

当时,摩尔在标准绘图纸上画出了产品性能的变化曲线,发现双曲线的倾斜角非常大,纸面放不下,只能改用对数绘图纸,而数据点整齐地排成一条向上倾斜的直线。

摩尔定律有很多版本,最后稳定下来的说法是,集成电路上可以容纳的晶体管数目,每经18到24个月会增加一倍,处理器的性能大约每两年增加一倍。

在1965年,采用任何预测参数,比如人均收入、预期寿命、地缘政治实力,都没有一个预言家能比摩尔的定律更准。摩尔定律实际指出了这样的趋势——电子产品走向数字化的指数级发展,社会的变化迅速无情。

数字文明的一切,都遵守着指数级增长的“约定”。

初次提出“摩尔定律”时,摩尔还在仙童公司。1957年,他和另外七个同事逃出诺贝尔奖得主、“暴君”威廉·肖克利的半导体实验室,顶着“八逆”头衔组成仙童半导体。

“八逆”过海,各显神通,仙童用了6个月就实现盈利。没几年,投资人要收回股权,董事会看不上新技术,摩尔和团队的精神领袖诺伊斯再次谋划“出逃”。几位创始人在诺伊斯房间里筹备新公司,隔壁房间的电视正滚动播放罗伯特·肯尼迪遇刺的新闻。

1968年可是一个多事之秋。著名导演斯坦利·库布里克的科幻电影《2001太空漫游》也在那一年上映,受到片中超级计算机HAL9000的启发,微型通用计算机芯片成为他们的关注点。

新公司得名英特尔,是集成电子(Integrated Electronics)的缩写,主打存储器产品。

英特尔不费吹灰之力就拿到了投资。

其时,硅谷的创业公司孵化机制远未成熟,没有天使轮、种子轮、A轮B轮的程序,一般把需要的钱凑够就完事。而且,硅谷的投资公司也少得可怜。在今天,硅谷北部斯坦福大学门口800米之内,至少有50家风投公司,但在20世纪60年代末,英特尔的投资人跑遍了美国。

正如诺伊斯和摩尔担心的,英特尔开放首轮投资的消息不胫而走,投资人蜂拥而入,不想排队拿号的干脆直接往他们家打电话,摩尔的妻子贝蒂只能装“不知道”,让抓不到“正主”的投资人更加绝望。绝望是正常的,当初投资10万美元,如今值30亿美元。

这也侧面证明,经历肖克利时代、仙童时代,强强联手的诺伊斯和摩尔名望如日中天。48小时内,英特尔250万美元的初轮投资全数认购。华尔街从此发现,硅谷的新一代高科技公司强势登场,即将改变世界。

使美国再次伟大

硅谷的开创者中,只有摩尔是土生土长的“当地人”。和硅谷仅隔几座小山,1929年,摩尔出生在海滨小镇佩斯卡德罗。

父亲管辖着西海岸地区的治安。沿着1号公路,几公里宽的地区点缀着卖“私酒”的餐馆。平原上遍布农场,种满南瓜和洋蓟,墨西哥移民和欧洲移民每周六晚上总得械斗几次。即使摩尔人到中年,身高1.83米、体重90公斤的摩尔警长也比儿子更有名。

上一代技术专家多是无线电爱好者,比如生于1900年的“硅谷之父”弗雷德·特曼。下一代弄潮儿多是网虫,鼓捣互联网和计算机,比如生于1955年的比尔·盖茨。而摩尔这代人几乎都喜欢工程学,像诺伊斯会造滑翔机。

摩尔在车库里建的是化学实验室,没事就自制爆炸物。那时候管得不严,可以邮购任何化学品。他曾高兴地对记者说,“我过去常调配少量硝化甘油,改造成甘油炸药。我做了一些最巧妙的鞭炮,而十根手指依然完整无缺!”

从圣何塞州立学院、加州大学伯克利分校再到加州理工学院,摩尔获得化学博士学位,辅修物理学。新型半导体产业最需要这种复合型专业背景,只是他自己还没意识到。

求职屡屡受挫,老家工作岗位十分有限。拒绝了通用电气的核能岗,摩尔差一点又去劳伦斯·利弗莫尔实验室开发核武器。正巧,另一位加利福尼亚人也患上思乡病,地球上最伟大的应用科学家威廉·肖克利打算回老家创业,还从通用电气搞到求职者资料,看看有哪些人可以供他“捡漏”。

肖克利第一个就相中了摩尔,虽然简历上的经历都是研究火箭。肖克利“相千里马”的本事绝对一流,不然也就不会有“八逆”的故事。“八逆”都是聪明绝顶的年轻人,慕名加入肖克利的工作室,没想到肖克利专制暴躁,作天作地,天天拿测谎仪测员工。

8个人共同进退,很天真地去找肖克利的投资人,想问问能不能把刚拿到1956年诺贝尔物理学奖的老板“开掉”。投资人说“肖克利才是你们的老大,这个世界就是这样的。”于是,回头路也堵死了。肖克利知道后大发雷霆,骂他们“八逆”,必须一起走人。

这就有了仙童半导体,而且找投资毫不费力——人人都知道他们曾是肖克利选中的人,那还有什么好挑剔的!仙童之后,诺伊斯和摩尔又打造了英特尔,“三位一体”降临。

看完《2001太空漫游》“不务正业”的英特尔,打造出了历史上第一个微处理器——4004。4004芯片用10微米制程工艺生产,拥有2550个晶体管,时钟频率为740千赫兹,可以读取和执行指令,并与其他计算机部件进行信息交换。

摩尔认为,1971年诞生的4004是人类历史上最具革命性的产品之一。英特尔“圣子”安迪·格鲁夫就骂骂咧咧,“微处理器对我而言不算啥,我为了让存储器良品率提高两个点,差点没累死。”那时,存储器才是英特尔的拳头产品。

一开始,没人知道拿4004干什么,不敢投放市场,直到竞争对手德州仪器推出了8位处理器,还抢注了专利,格鲁夫来劲儿了,马上全力支持4004,打广告!“集成电子,芯片上的微型可编程计算机的新纪元。”广告一出,5000多人来信咨询,其中就有比尔·盖茨和保罗·艾伦。

4004之前,芯片的功能都是提前定义好的,没法改写。有了4004,可以通过改变只读存储器4002里的指令,让4004实现不同的功能。独立的软件行业就此诞生。

8080是英特尔推出的首款商业化8位单芯片微处理器。1974年一年之内,8080就用在了数百种不同的商品上。国际天文学联合会把人类发现的第8080颗小行星命名为英特尔8080,来纪念这款划时代微处理器。很快,美国人纷纷猫在车库里攒电脑,乔布斯就在此列。

美国芯片业苦苦熬过80年代。咄咄逼人、组团进攻的日本存储器公司,“定价永远低10%”,英特尔无力反击,其推出的256K内存的市场占有率,少到只有1%。诺伊斯已经退休,摩尔和格鲁夫拍板,退出内存业务,投入3亿美元研发费,打造386微处理器。

后来的事情人们都知道了,消费者管自己的电脑叫“386”。

1992年,英特尔销售额为58亿美元,反超日本企业,登上全球最大半导体企业的宝座,一坐25年。英特尔常年坚持10%以上的研发投入,坚决按照两年一代的节奏追随摩尔定律。在格鲁夫担任英特尔CEO的十年间(1987—1996),英特尔将所有竞争对手赶尽杀绝,利润从1亿美元上升到52亿美元,市值从10亿美元增加到1500亿美元,投资年回报率平均为44%。

就是那一年,美国芯片产业市场份额重回世界第一,从此一直占据50%的体量,保持全球领先地位。

1993年,英特尔奔腾处理器问世,和微软的视窗系统(Windows)组成“Wintel联盟”。印有“内含英特尔”(Intel Inside)的标识,不仅立在英特尔公司的房顶,也贴在千万台个人计算机的键盘下方。

“超越摩尔”

摩尔定律不是真正描述客观规律的定理,而是一句“自我实现”的预言。而且,只适用于存储器和处理器芯片。

英特尔严格遵守摩尔定律,每两年推出一代新产品,每一代新产品的存储容量或计算性能是上一代的四倍。整个产业链瞄准这样的预期,每隔几年就更新换代。强大性能的芯片正如“超级发动机”,改变了大多数国民经济门类的面貌。

苏联的解体,也有“被摩尔定律抛弃”之说。1991年海湾战争,装备大量苏式武器的伊拉克惨败,隐隐预示军事大国苏联的命运。海湾战争结束不久,华约解散,苏联解体。

科技树一步点错,步步错。

晶体管研发上,苏联并未落后,由于核爆炸的电子脉冲会彻底毁掉晶体管,苏联把赌注押在真空管上,与信息革命失之交臂。后来也转向晶体管,又由于消费市场孱弱,数量上不去,单价也就下不来,芯片产业始终无力发展,缺失了这个年产值上千亿美元(1990年代)的“经济倍增器”。那么,随后的计算机革命、互联网革命、移动互联网革命,也都一气儿错过了。

摩尔定律也是信息产业最有效的竞争策略。如果比摩尔定律快,产品太超前,卖不动。如果比摩尔定律慢,竞争对手早就占得满坑满谷。只有与摩尔定律保持同样的速度,方能立于不败之地。

但英特尔也不能永远矗立潮头。

摩尔回忆过早年的失利。那是1972年,通过模仿英特尔的技术,很多竞争对手迎头赶上,英特尔存储器、微处理器两手抓,资金很紧张。想来想去,决定进军消费市场,卖数字手表。很快,英特尔就意识到,自己的商业模式是建立在稀缺性和创新产品的高价值上的,卖廉价消费品打价格战,根本不是日本的精工和卡西欧的对手。

进军高端市场?英特尔又没法和老牌钟表公司竞争,因为后者有些自打文艺复兴以后就干这行了,对怎么打广告、在哪开门店、如何处理分销渠道,几百年来都门儿清。而奢侈品手表的客户,压根不关心里面有什么高级性能。

最后,英特尔砍掉了投入1500万美元的手表业务部门。没卖完的手表,就当“五年服务奖”发给员工,直到80年代中期才全部发完。摩尔自己就戴了一块,他说,如果有人带着一个消费类产品的想法来找我,我要做的就是看看手腕上这块价值1500万美元的手表。

这几年的英特尔更是艰难。2019年,没有通信业务“基础”的英特尔,忍痛将手机基带芯片业务打包卖给了苹果。2020年,英特尔宣布不再生产7纳米(相当于台积电的5纳米)制程芯片,或寻求第三方代工,股价应声暴跌16%,市值蒸发415亿美元。因为这意味着它的尖端技术“跟不上了”。

摩尔定律的守护者,逐渐跌落神坛。

摩尔定律也走向终点。节点就在28纳米制程。28纳米以下,各制程的成本都高于28纳米。这是摩尔定律运行六十多年首次遇到制程缩小、成本反升的情况。因为性价比提升才是摩尔定律的核心,所以,28纳米制程以下成本上升,被认为是摩尔定律失效的标志。

成本上升,只是摩尔定律失效的第一个标志。第二个标志是“功率墙”,每一代芯片的工作频率都应该比上一代提升40%,但是频率提升也有了临界点。自2005年起,微处理器的频率就限制在4千兆赫兹(GHz)了。第三个标志是晶体管不再按原来的速度缩小相应的一半面积。

关键是,光刻机的极紫外光刻技术已经逼近极限——造芯片的设备,也“到头”了。

去年年底,台积电量产3纳米制程芯片。即使2纳米制程芯片量产,这场延续半个多世纪的硅晶体管竞争大战,也已经走向了最后的章节。

2016年,国际半导体技术路线图首次不再强调摩尔定律,提出了“超越摩尔”的战略。过去,是软件追赶芯片;以后,则是芯片为应用“定制”。很多国家的芯片企业,都无需拼命追赶摩尔定律,更需要的是深耕市场,开发应用。像人工智能产业,既需要芯片支撑,又具备大量消费空间,无疑是应用领域里的重中之重。

新时代永远站在旧时代的肩上。

戈登·摩尔去世时,由ChatGPT引发的“AI狂潮”还在四处蔓延。前几年,他开玩笑跟记者说,“希望大家不要因为AI的强大而责备我。”

CC BY-NC-ND 2.0

若有知音见赏,不辞遍唱阳春。

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Bring insistence to life. “历史奔跑,逃离人类,导致生命的连续性与一致性四分五裂。” 我们的生命横跨好几个时代,要面对或重建“一致性”,心里得有点“硬”东西。 物质享受和精神追求,两手抓两手都要硬。 硬骨头-美食栏目; 硬着陆-政治栏目; 硬通货-经济栏目; 硬吹死挺-文化/科技/游戏栏目; 周末夜狂热-随想栏目

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