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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
1 Z: Y7 p6 n9 B) i编辑丨苏建勋+ t2 G$ f6 d! v
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。( F0 v& [  o3 n1 a* Z
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。: _, b- F, X4 P7 o' u
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。6 N* L1 r( N+ p6 Y- h

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英特尔官网发布的讣告8 @  ^; B& ~2 s1 _( d" k
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。2 B* F) n! B$ P
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。& _9 o" P8 O+ L% M2 t
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。
2 k! a( A, Y; Y+ {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。
0 F5 y+ G( X6 z% B# f《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。
; L) o+ I1 }" l+ z5 y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。9 k; f: I7 ^% ~+ `: J8 i: F( ]" e
数度叛逃," 淘气孩子的奇迹 "4 N* d5 x2 D4 z0 d. n8 L- S+ l
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。1 {! Y/ |7 W! S- a2 J
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 "。8 m+ a6 E# E4 R, m0 z% ?* u0 h
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。. F! A) \0 J: A7 L2 w7 K3 O
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。9 c7 F9 Q9 V- ?# c8 S
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。
1 s7 d' Q, h7 H8 V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。" Z& R( I; m/ ~2 u6 Y4 j8 s
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。
0 ~- I% S7 L5 s% o7 D+ |/ T1957 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。
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硅谷八叛徒 图片来自网络
5 y9 z, C  @8 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。
( R! u3 o! ?3 A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。
# v2 m7 H0 K) 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。
+ M- F% n/ t3 R7 T 一条定律,造就的千亿市值公司# C0 V! [; h! s. v. z2 Z' t
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。
+ `: [! c: i4 J8 a/ E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 "。* s$ t" d. J* l0 H; o. U
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。2 X( \7 l; l+ J
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。6 g7 |3 C9 g& i
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。
3 z1 f% [. W: g6 L9 k0 f! ?* D* @+ `+ y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。
* D- E1 A) e! K* `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。
# \# b3 p7 H4 I! z4 k9 C( \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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3 e2 ^& r  Y) Z/ l) _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。
  k. d) N' x3 P% E( [$ m" }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。
( ~( z5 \/ g/ F+ B& |4 \6 a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。
2 ]& _6 l: n+ ^- j* U, K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。! H2 l, g, I; ~- E7 k
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。
! _7 R; b) J$ O) F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 "。" w/ U/ Y: t( F# g" B3 q
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。
4 p) ~$ Z& @1 n% j4 T" 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。
8 [9 o3 x  P: R/ b当然,英特尔的成功并不仅仅只是摩尔一个人的功劳。2 l2 }; `; W# V6 u, i* o: G* C
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。
) `+ I/ n1 T  B* _* H这家公司的成功,是技术、商业、管理的合力结果。% A0 G& ?& j  r8 p
寻找下一个摩尔
1 A8 I1 y' T9 n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。. E4 F, s2 q7 R3 g$ f* T' I( u
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。$ l( |2 u$ j5 J0 h4 J3 j6 s

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戈登 · 摩尔 图源英特尔官网
" h% C. f( y1 s- [1 I& ~+ |如今的摩尔定律尽管还在发挥作用,局限性已经日益凸显。% X! ^4 x+ ~' p( T5 U
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。
1 q) o1 V- C" h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。
* K9 `7 C1 w5 \; n; K. S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。
2 @' x9 j6 h) d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。
) _" G1 L! Q: Z: R) V+ P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。
" i& i' n# N- m! w" \4 w# g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。
2 ^3 n0 ]' [1 z3 M3 c/ d6 C1 p9 P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。
( D+ [7 w7 U6 W7 i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。: o1 F4 s. k& x, c0 E
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。"
& ~/ G1 j: i0 c* O! f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。
3 R: S+ q. [" X' C延伸阅读:
* ~0 k9 P" A0 t《焦点分析丨市值蒸发 500 亿元,"PC 之王 " 英特尔告别忧伤 2022》. V  l' A; f) R8 i* F+ J+ @9 `5 [* Z
《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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