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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
" p5 k& L% A7 J# p$ L1 z7 {: F- u编辑丨苏建勋
( D/ w/ e# E2 {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。# w. B' e/ \. K7 n4 f% D# ~/ E* g$ B
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。4 }) [2 ?' i+ @4 M4 ?2 t
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。2 y& \$ G7 X% T5 H* c8 L& D
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" G$ W* U* T. {0 R$ T& l& T英特尔官网发布的讣告8 x, `2 }0 L1 [% Z3 y0 I6 ~* Z+ r
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。7 ?( H' e# A" y
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。
; I# @5 u3 w. z, Q4 a# q, j2 J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。  Z; Z* k# @% i8 N+ |- o  E, t/ ]: c
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。
* v! t) x- @0 {+ A《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。
) ^0 u% O9 C% |6 c2 W3 [; I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。& _" x; u+ I$ p# k) w/ G# c
数度叛逃," 淘气孩子的奇迹 "; y# a! E- k0 m1 J6 T
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。
. a2 O8 q9 a1 Y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 "。* j: U  ?& p- b9 {  [6 m  ]
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。* U, t" [' r, A2 C7 N! |( P" ~
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。
3 P; I# X$ T- l3 o, 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。
8 X9 s( D0 G  A+ b; K6 h3 {- T4 ?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。6 m/ {, C) o% u5 e8 ]( y( X4 s6 ?
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。
$ n, R1 n. O- S7 e% z1957 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。* @3 P6 q# v  b9 ]0 }3 b

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硅谷八叛徒 图片来自网络) ]2 e4 j8 y: x3 a2 Q7 Z# V
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。
& |4 V3 O4 {1 T: C/ ]2 y# x/ W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。' b; b$ a. Y4 S7 M5 l# l" j' A- {; x
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。6 v  R7 E% Z( q5 y/ p, \
一条定律,造就的千亿市值公司$ ], @' ~9 d1 K
1965 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。; T: ~3 K) _& F
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 "。
. B! k, o4 p  u3 ]# y; Y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 o- |% N0 L0 |$ m  j& f2 ?. }: D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。/ V% d  K8 k  w
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。
! c6 d$ R0 N* K( ~/ e: Y( y9 m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。
; C1 y# t6 e. P! T0 u9 o0 [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。1 d5 m2 x; m. z0 C$ ]6 F/ r+ |
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。
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2 G9 \8 o9 z( c! O图源 东方 IC+ P, N* `7 ]: S9 K7 O) L# Y/ g
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。
/ \* y4 [$ Q8 L3 s# u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。
1 D+ l. a& U9 n" J8 \6 m* m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。. \1 j! U* _: ]% E8 `5 z6 M
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。5 D7 R7 n% n  |4 [+ i' `
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。
9 V# ?5 y+ B: q& Z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 "。# [% g; J% z% ~& Z
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。
- O, L" t" P+ y  I% ~" 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。
: |1 w( b4 R- g- E6 D0 ^当然,英特尔的成功并不仅仅只是摩尔一个人的功劳。0 F* u) T0 ^; P+ R* u& ?0 H% I
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。, g$ r2 f: g/ B& t  r/ _% P
这家公司的成功,是技术、商业、管理的合力结果。
7 _4 ]; M8 [: Y- E" P* r 寻找下一个摩尔
2 A% @9 ?6 A) D5 _& h- o3 S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。4 U0 j- b- i, J4 ^
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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戈登 · 摩尔 图源英特尔官网6 C( H8 m4 O* h0 z1 V" f3 Z
如今的摩尔定律尽管还在发挥作用,局限性已经日益凸显。
; o# s+ I7 Z3 p) M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。: v2 H4 X4 D5 a% w: K8 L; [, l
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。* j' U7 P  e2 y4 @. j5 r0 z; \
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。
8 U; {' N* E8 B/ ?% O% `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。; [3 N  c3 E. e7 v% }( E% 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。
+ `  ?) D- ]6 R2 C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。
6 ]+ O* b- X, o8 @* [  ]5 k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。
; \2 i  ^3 U" Q  e; `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。2 O: a' [* X# c, c- s2 V
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。"
: d$ a- f6 ?4 y+ @$ y$ f) }! ?; n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。, k# P. d0 A; z* c
延伸阅读:9 e, ~* b; ^+ C/ J) C5 w1 q& ]
《焦点分析丨市值蒸发 500 亿元,"PC 之王 " 英特尔告别忧伤 2022》7 w' j) I% p/ L; r3 ~9 ?% N$ T$ M
《知料丨外包台积电、被 AMD 反超," 芯片之王 " 英特尔滑落王座》

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