摩尔定律已死，接下来如何是好？

编者按：本文作者Tom Simonite 是《麻省理工科技评论》旧金山分部的主编，喜欢算法、互联网以及芯片人机交互等多样化的选题，主导硅谷新观点的报道，涉及科技巨头、初创公司和学术实验室等各种领域。

体积不断缩小的的晶体管已经为计算的进步提供了50年的动力——但是现在必须找到其他方式使计算机能力变得更强。

移动端软件、视频游戏、电子表格、和精准的天气预报： 这些改变我们生活的事物，仅仅是在过去的五十年中，通过可靠的、指数增长的计算机芯片能力变得可能的几个案例而已。

但是近年来，科技公司必须更加努力才能为我们带来电脑的高级使用案例。持续向芯片中塞进更多的硅晶体管被称为是“摩尔定律”，一直是计算领域充满活力的创新的原料。但是它现在看起来在逐渐减速，直至停止。

“我们必须要问，对于移动设备、数据中心和自动汽车领域来说，这将会变成一个麻烦吗？”密歇根大学助理教授 Thomas Wenisch表示。“我认为答案是肯定的，但是会体现在不同时间尺度上。”

摩尔定律以英特尔联合创始人Gordon Moore命名。他在1965年发现晶体管体积减小的速度非常之快，以至于每年可以安装到芯片上的晶体管的数量可以翻一倍， 这个幅度在1975年修正为每两年翻一倍。

芯片工业在英特尔的领衔下始终遵循着摩尔的预期。计算公司发现它们能用持续供应的额外晶体管做很多事情。但是英特尔新一代的小至10纳米晶体管技术从2016推迟到了2017年年底。英特尔同时决定增加升级至新一代技术的间隔时间。由包括世界上最大的芯片生产商在内的产业集群维系的摩尔定律技术蓝图就这样被废弃了。英特尔暗示硅晶体管体积的减小只能再维持五年。

根据Wenisch 的猜测，我们口袋中的“电脑”很可能会比其他类型的计算设备更晚受到影响。支持移动设备的芯片是英特尔之外的公司提供的，这些芯片被认为稍稍落后于晶体管工艺。

Wenisch 表示，移动处理器并没有像那些无法移动的机器那样将一些完善的设计工艺充分利用。

Wenisch说：“你可能会在移动设备上拥有一代或者两代更新。”

但是，很多移动设备需要依靠数十亿美元的数据中心才能为我们所用，而摩尔定律的终结会立刻令其头疼。每一代更密集地挤满晶体管的最高级新型芯片一经推出，谷歌和微软这样的公司就急切地将其加以利用。

Wenisch 说，像英特尔这样主宰芯片市场的公司和他们最大的客户将不得不走向创新。要得到更强的计算能力，其他可选的方法包括更加努力地提升芯片的设计以及使芯片专业化以加速特定的关键算法。

例如，对于被称作“深度学习”的强大的机器学习技术来说，代数异常关键。因此，对于针对代数进行调优的硅元素的需求似乎必然会变得强烈。图形芯片公司英伟达和几家初创公司已经向那个方向前进。

微软和英特尔同样也在朝着相似的方向努力——它们在被称作“现场可编程门阵列”的可重构芯片上运行一些代码以获得更高的效率。英特尔花费了170亿美元收购了业内领先的现场可编程门阵列制造商并且正在把它的技术改编进自己的数据中心。

劳伦斯伯克利国家实验室副主任Horst Simon表示，世界上最强大的计算机似乎已经感觉到了摩尔定律的终结时间，没有像之前的速率那样升级。

“过去三年我们见证了某种停滞”，Simon说。对于那些依赖超级计算机研究项目，例如了解气候变化、开发新电池和超导体材料、以及改进药物设计来说，这是一个坏消息。

Simon说即将到来的晶体管密度的瓶颈期会激发超级计算机和数据中心设计者重绘计算机基本架构的兴趣。摒弃自从二十世纪四十年代以来就一直依赖的特定设计结构可能会释放巨大的效率。然而，想要利用这些进步，我们需要重新考虑多种软件的设计，还需要程序员改编他们的习惯。

麻省理工斯隆商学院助理教授 Neil Thompson 表示，不管你对哪一种计算机更感兴趣，关键问题在于在摩尔定律终结之后，向计算公司敞开的创新渠道是否能够提供相近的回报。“我们知道其他事情也很重要，但是问题是，它们是一个量级吗？”他说。

其中一个认为它们并不是同一量级的原因是：公司们不得不在新的复杂的路上共同努力，还不能像过去那样保持产品和研发计划的同步。

“摩尔定律的一个最大的用处就是作为协调装置，”Neil Thompson 说。“我知道两年后我们能依赖它的能力，我还能发展这一功能——如果你是英特尔，你就能知道人们正因此进行研发，而且新型芯片是有市场的。”

摩尔定律一旦失效，能惠及所有公司，而不只是那些有充分理由进行合作的公司。

注：本文译者宁坤。