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全球科技中心为什么叫做硅谷？

现在iPhone 的计算处理能力甚至比当年 NASA 登月计划的主计算机还要高？

这一切都得益于摩尔定律的提出和发展。自1965年英特尔联合创始人Gordon Moore提出摩尔定律至今，这个定律已经推动了持续50年的科技发展。

有人说，摩尔定律已经成为一个纯技术问题，不再重要。还有人说，除了某几个特定领域，遵循摩尔定律已没有意义。更有人说，摩尔定律已死。

真相究竟是什么？摩尔定律还有没有未来？摩尔定律之后将是什么？即将于11月17-18日举办的2018年未来科学大奖颁奖典礼暨F²科学峰会，有幸邀请到了UCLA（加州大学洛杉矶分校）Subramanian Iyer和Jason WOO两位国际大师，一起谈谈“摩尔定律的终结”这点事儿。

摩尔定律的终结？

2018年6月，台积电宣布，7纳米制程已大量生产，5纳米制程预计2019年初风险性试产。在今年苹果发布的新手机iphoneX中，其中A12芯片正是采用的台积电7纳米工艺。

在摩尔定律这条道路上，实际情况不容乐观。伴随Global Foundries宣布放弃7纳米技术的研发，目前7纳米战局中只剩下英特尔、三星和台积电三家逻辑芯片制造商。

20世纪50－60年代半导体制造工业的高速发展，导致了摩尔定律的问世：当价格不变时，集成电路上可容纳的元器件数量约每隔 18-24个月就会增加一倍，性能也将提升一倍。

按照摩尔定律，曾经有一段时间非常美好，只要把尺寸缩小，好事自然来：芯片的计算能力会提升，能耗也会降低。因此90纳米、65纳米、40纳米……尺寸越来越小，性能越来越高，价格越来越高。

这种状况一直持续到2005年。随着尺寸极限的不断提升，尺寸、散热以及成本问题日益凸显，逐渐成为摩尔定律的三个物理边界。由此，有关摩尔定律终结的话题不断甚嚣尘上。就连摩尔本人, 也曾两次预测摩尔定律终结的时间。

那么未来计算效能如何提升？

除了以台积电为代表的企业继续沿着摩尔定律，继续向7纳米以下探索，更多研究则转向其他路径。目前以系统级封装（SIP）为代表的功能多样化方案是一种主流思路，这些方案主要着眼于增加系统集成的多种功能，即不是一味追求缩小特征尺寸和提高晶体管密度。Subramanian Iyer教授的志向就是使用封装技术（SIP）来实现“More than Moore”。

与此同时，探索第二条路线定制加速器，依靠优化的多核架构提升性能也成为必然。于是在2005年之后，CPU的频率不再增长，性能的提升主要依靠多核架构：双核、四核、六核。图灵奖获得者John Hennessy预言，未来计算机架构团队纵向整合的时代即将复兴。

摩尔定律的终结也带来了“新”的机会可能。随着物理、数学、化学、生物等新发现和技术突破，新原理、新材料、新器件与电路的新结构都在向新的方向发展，从而建立新形态的信息科学技术及其产业。比如全新架构的系统芯片、生物分子等全新结构芯片以及量子计算机等等。

除此之外软件行业也将迎来新时代，包括更高效的编程语言、编译系统和应用设计。值得一提的是，在摩尔定律势微的趋势下，对终端计算能力没有过高要求的云计算将成为一种必然选择。

对于摩尔定律终结这个话题，未来论坛科学委员会委员、普林斯顿大学李凯教授在接受媒体采访时曾表示，谈论摩尔定律的终结已经20年了，可总能找出一种办法继续做下去，人的想象力和创造力是很大的。

超级明星：Subramanian Iyer和Jason WOO

加州大学洛杉矶分校的电子工程系的半导体领域是世界上的佼佼者，这次峰会更是请到了两位标志性的人物Subramanian Iyer和Jason WOO进行主题演讲分享，他们既有产业界的经验，又精于研究。

Jason Woo被喻为器件大师，是IBM faculty development award获得者。Jason WOO是加州大学洛杉矶分校电子工程学系教授兼副主任，CMOS研究实验室负责人，电气电子工程师学会（IEEE）院士。曾任IEEE IEDM项目主席、IEEE SOI、VLSI、ESSDERC、日本半导体器件与材料等会议主席。

Jason Woo的研究聚焦于新型器件的物理技术和器件建模，目前一直在探索整合逻辑功能的三端比内存数组。在今年美国西部半导体展会上，Jason Woo表示一直在考虑将MRAM或ReRAM作为闪存的替代方案，AI为采用新兴内存与不同材料的交叉架构开辟了新的亮点，可用于实现更多的线性模拟微缩，就像可编程的忆阻器一样。

加州大学洛杉矶分校教授Subu Iyer同样是传奇一般的人物，是半导体工艺大师，开发了世界上第一个SiGe技术基地HBT，拥有70多项专利。Subu Iyer毕业于印度理工学院，1981年取得UCLA电子工程系博士学位。Subu Iyer毕业后加入了IBM先后四次获得IBM杰出技术贡献奖，还是2012 IEEE Daniel Noble新兴技术奖章获得者。

第一次获得IBM杰出技术贡献奖，是因为Iyer对MOSFET工艺做出了非常大的贡献，即Salicide工艺（自对准硅化物），减小MOSFET器件中的接触电阻。

为了解决成本与集成度问题，1987年Iyer第一个成功研制出了使用低价SiGe工艺的异质结三极管，之后用在了射频系统中大获成功。Iyer因此获得了第二个IBM杰出技术贡献奖。

为了实现实时可重配置，Iyer在2002年提出了eFUSE，通过编程来控制特定导线的通或断，从而获得了IBM颁发的第三个杰出技术贡献奖。

在内存上，Iyer把DRAM搬到CPU的芯片上，即eDRAM。通过使用eDRAM，CPU可以集成非常大的快速访问内存，从而大幅提高性能。因此第四次获得了IBM杰出技术贡献奖。

2015年，Iyer回到母校UCLA任教，研究大规模异质互联，并建立了异质集成与性能进化中心。他现在目标是使用封装技术来实现“More than Moore”，把异质互联芯片模块数量提升到数十个甚至上百个，而且去掉封装，把所有的芯片直接装在板上。

令人期待的巅峰“对决”

在“摩尔定律的终结”议题环节，除了Subramanian Iyer和Jason WOO两位大师将带来主题演讲，在讨论环节，更有来自中国的专家参与其中。未来论坛特别邀请清华大学电子工程系长聘副教授、未来论坛青创联盟成员汪玉老师提前对本议题进行了“知识预习”。

未来论坛：摩尔定律的终结一直是个热点话题，能否简要介绍下现状？

汪玉：摩尔定律的确已经濒临极限，如果从经济学的角度来说，可能的确已经终结。2005年是一个分水岭，在此之后，摩尔定律的制约变得尤为明显。但是现在大家在各个路径上进行计算效能的突破。简单说来，主要有以下三种。

第一，  尺寸微缩：降低每次翻转所耗费的能量，提高速度和集成规模；

第二，  异构多核：提高规模、并行度，降低控制和数据搬运的代价；

第三，  新兴计算：新器件带来新的高能效基本操作实现方式。

各个路径都需要面临不同的问题，第一种是顺应摩尔定律的传统提升能效方式，物理极限以及成本造成的约束非常明显，第二种对计算任务的优化调度提出了高要求，如何保证硬件的实际利用率成为影响性能的关键，而志在以新模式突破的第三种路径，新器件工艺不稳定就是其中一个最主要的问题。

目前大部分人都在用集成的方法进行突破，也就是如何提高在同一个芯片上晶体管的个数，怎么更好的把芯片垂直叠加起来。

未来论坛：摩尔定律的终结，会带来哪些影响？

 

汪玉：摩尔定律的终结更应该看成是一种技术的全新升级，也是一次巨大的机遇，给了企业很大的机会。比如以前一直是英特尔作为行业老大垄断整个市场，现在使得更多领域的企业从体系结构设计以及算法协同优化的角度能够参与进来，比如寒武纪、华为、谷歌，都成为这个游戏中的重要成员，是一个很好的变革时间点。

 

未来论坛：在讨论环节，共有中外的五位嘉宾参与，您对他们之间的观点碰撞有什么期待？

 

汪玉：Subramanian Iyer和Jason WOO两位大师级的人物，已经不需要在说什么。来自中国的三位嘉宾也是非常有代表性的人物。

主持人李国杰老师是中国科学院计算技术研究所首席科学家，是国内芯片架构方面的权威专家。叶甜春老师是集成电路装备专项的技术总师，一直致力于半导体传统工艺，将芯片尺寸缩小到22纳米以及更低，同时他也是中科院微电子所所长，微电子所的研究范围非常全面，涵盖架构、器件等领域。刘明老师是我国微电子科学与技术专家，对存储器模型机理、材料结构、核心共性技术和集成电路的微纳加工等方面有着卓越贡献。

可以说这个议题环节，涵盖了突破摩尔定律各个路径的专家，将是一场非常有趣、令人期待的“巅峰对话”。

注：本文由未来论坛提供。