“摩尔定律”与信息时代

二、“摩尔定律”与信息时代

戈登·摩尔（Gordon Moore），英特尔共同创始人、名誉主席，1929年1月3日出生于美国加州旧金山的Pescadero，1950年，在加利福尼亚技术学院获学士学位，1954年，获物理化学博士学位，1968～1975年，共同创办英特尔，任副总裁，1975～1979年，任英特尔总裁兼CEO，1979～1987年，任英特尔CEO兼主席，1987～1997年，任英特尔主席，1997年至今，任英特尔名誉主席。1990年，他从当时布什总统的手中接过了美国技术奖。作为公司的心脏，领导公司成为CPU市场霸主。其最大的成就之一是发现了IT业第一定律—— 摩尔定律，它像一股不可抗拒的自然力量，统治了硅谷乃至全球计算机业整整三十多年。

你知道摩尔定律吗？它是什么？摩尔定律有没有极限？这个定律向人类说明了什么？

它是IT业的第一定律！

它不是一个物理定律，不是一个化学或者数学定律，也不是科学界或自然界的一个定律。

它是一种现象，一种在20世纪60年代半导体工业发展的初期发现并遵循的一种特殊的现象。它也是一种经验的总结，描述了由不断改进的半导体工艺所带来的一个指数级增长的独特的发展趋势。这个定律是半导体工业最重要的守则之一，也是信息社会中最著名的定律之一，它自1965年以来一次又一次地得到证实，到了21世纪，它仍然有效，并且拓展到信息技术领域。

这个被人们如此推崇的定律，就是“摩尔定律”（Moore’s Law）。

1．“摩尔定律”的发现

1957年，在美国的西海岸成立了一个半导体公司—— 仙童公司（Fairchild），在这个公司中，有八个赫赫有名的人物，如日后成为处理器芯片帝国Intel总裁的葛洛夫（Andrew Grove），还有戈登·摩尔（Gordon Moore），他时任仙童公司的实验室总监，日后也成为Intel公司的董事长。摩尔是一位相当具有前瞻眼光的人，一位创新意识极浓的人，为了创办一个新的公司（即现在的Intel），他将“集成电子”（Integrated Electronics）这两个英文词组合成了“Intel”，开创了集成电路市场上享誉全球的商标品牌。

1965年，基于敏锐的观察力，时年36岁的摩尔发现了一件很奇怪有趣的现象：在集成电路芯片上可以容纳的电子器件（晶体管）的数量，每隔一年半至两年左右就会增长一倍，性能也随之提升一倍。他大胆地预测未来这种周期性的增长将会继续延续下去，并以论文的形式将这种基于数据统计的结果公之于众，作为美国《Electronics》杂志35周年庆的文章发表。文章指出：每隔一年半至两年，半导体芯片所能容纳的晶体管数量就增加一倍，芯片技术也进步一倍，这就是著名的“摩尔定律”。

10年后的1975年，半导体工艺的改进使得集成元件的数量一度稍微超出预言的方向，于是摩尔将翻倍的周期调整到了24个月，以补偿预计将增加的半导体技术的复杂性，到了1980年代晚期，它被最终确定为18个月左右。

18个月芯片的集成度和性能将翻一番，而且是“定律”？

有人说：如果我坐在那里不动，任凭时光流逝，18个月后，事实是否仍然如“定律”所言？

错了！朋友！

摩尔定律是经验的体现，它建立在高速发展的技术创新上，是集成电路制造工艺和技术的一次次的进步，是人类对自然世界一次次深入的认识。如果人们只是坐在那里等待，只会一事无成，甚至坐以待毙。

技术创新才使摩尔定律保持生命！

Intel三巨头见图1-1。

图1-1　Intel三巨头

左起：贝瑞特、摩尔、葛洛夫

2．“摩尔定律”的普适意义

既然摩尔定律只是一种现象和经验，它有什么意义呢？

摩尔定律给半导体工业带来了巨大的影响，也把微电子产业推向了技术竞争和技术创新的浪尖。

它向人们揭示了什么？

（1）不进则退

产业界有一句名言：“永远不能休息，否则就永远休息！”

当一个产业（产品）遵循一个规律而迅猛发展之际，所有的竞争者会以更快的速度赶上，甚至超越。如果你的脚步慢下来，超越你的脚步会更多。

当一个产业（产品）如日中天，它一定不是一个孤家寡人，有众多的其他产业与它配套，他们同样在以迅猛的速度跟随着，把这个半导体芯片变成实际的应用产品，否则他们也会因跟不上速度而被淘汰出局。因为这是一条链：产业链。

摩尔定律也隐含着一个哲理——“过去无关紧要、未来才是真实”。在信息时代，无论过去拥有多么悠久的历史，多么辉煌业绩的公司，如果不思进取，技术停滞，可能很快就会被名不见经传的小公司超越。

预言揭示我们：如果我们不去创新，不去在技术上突破，只是享受其果、坐等其成，只能被历史所淘汰。

（2）自我强化

现代市场（尤其是信息市场）上，公司面临着产品的复杂程度如天文数字般增长的同时，又要保持产品快速进入市场，问题就不再那么简单。

例如，Intel公司的那些用以驱动绝大多数个人电脑的芯片一直维持着90天的生产周期。尽管微处理器的复杂性不断提高，英特尔公司还是期望维持90天的生产速度。芯片中的晶体管数目已经从1971年4004处理器的2 000多个，到1974年8086处理器的29 000个，增加到1995年奔腾处理器（Pentium）的300万个，1998年奔腾Ⅱ处理器问世时这一数目已增至750万个，20年中微处理器的性能已经增长了一万倍。到2011年，英特尔公司希望能推出内含十亿个晶体管的芯片。要保持这样的优势，英特尔不断强化自身的管理，不断领先创新技术，不断抢占信息技术的制高点。

在信息时代，每个公司都知道摩尔定律，为保持竞争优势，他们也必须不断地创新，不断地改进产品的性能价格比，不断地强化自身的建设和发展。这种竞争和自我强化，反过来又保证了技术性能和电脑产品按照摩尔定律持续改进和发展。

预言揭示我们：只有自我强化和自身建设，才能保持自身优势，这就是信息时代的竞争模式和成功的要素。

（3）量变质变

摩尔定律针对的是半导体工业，它不仅仅是为做出一片集成电路，还要展示其电路集成度和功能的指数型上升，而且这个产业的产品是要进入社会应用，是要为社会所认可，为人们的生活和工作所认可的。只有持续不断的应用、一代代用户们对芯片技术和功能的持续不停的新的需求，才有每隔一年半至两年的新的集成芯片问世，也才有摩尔定律的生命周期。

图1-2　指盖大小的芯片

这里，定律隐含了另外的商业哲理：新技术推出的新产品的价格，也需要随着技术的演进而持续下降，下降到大多数人们能够接受，这样，就会有更大的市场和更多的收入。技术进步带来的利润又反过来保证了新技术和新产品的开发，又进一步推动了市场的发展，循环往复。此外，合理价格的产品必须有足够的数量来保证，半导体工业尤其如此。因此，生产的效率、适合的产品、适当的时机和足够的产量的配合才是成功的要素，也是摩尔定律生存的体现。

定律揭示我们：量变引发质变，成功是多种要素的有效配合，在信息时代尤其如此。

（4）学无止境

摩尔定律是经验的总结，这个经验基于人类在面对发展中每一个问题的知识和技术的积累，这些知识和技术能够保证和印证摩尔定律的发展周期。人类也在应用已有知识和技术的同时创造出新的知识和新的技术，为摩尔定律的再一次延续奠定基础。

量变会引起质变，那么，更新速度加快，技术寿命周期缩短会引起什么呢？

在社会走过电子时代、计算机时代、网络时代而逐渐进入信息时代的整个过程中，摩尔定律一直为人们所认可，它揭示的高新技术的发展规律，给人们不断敲响警钟。高新技术的更新和换代尚如此迅速，人所拥有的知识呢？人的知识是否就一成不变呢？技术换代、产品换代、知识换代如此迅速，给每一个生活在现代社会中的人既提供了一个绝好的发展机遇，提出了一个自我知识更新的问题，并且同时也体现了自我的风险意识。于是，在“摩尔定律”这个圈内，需要掌握基本知识，需要不断更新和巩固知识。同时，需要抓住稍纵即逝的机遇，抓住了机遇便赢得了成功，失去了机遇，就可能一朝铸成千古恨。

定律揭示我们：学无止境，人类进入到信息社会，将终身学习，才能不断获得知识更新，保持与知识和技术发展的同步。

这些就是摩尔定律的普适意义。

3．“摩尔定律”面临的危机

摩尔定律永远正确吗？

图1-3　Intel P6 芯片的布线

这个每隔18个月芯片集成度就翻一倍的现象真的会一直持续下去吗？

我们来算一算，摩尔定律预测芯片集成密度和功能每隔一年半至两年就会加倍，这意味着每隔约6.6年，集成度与芯片功能会提高10倍，到13年会提高100倍，经过20年，会累积达到1 000倍！

20年以后呢？

当芯片的光刻技术已经细微到纳米级（十亿分之一米，10⁻⁹米）的时候，这个“定律”是否还起作用？

物理学界提出了质疑。

毫无疑问，在过去的四十年里，摩尔定律成为科技进步速度的推动力。然而，传统的光刻技术正在日益成为半导体制造工艺的瓶颈，在从0.18微米到0.13微米的工艺转换过程中，各半导体厂商都碰到了很多困难，例如现阶段CPU制造过程中晶体管本身存在的漏电问题等，而且，当时最新的90nm（90纳米，0.09微米）的制造工艺也迟迟无法投入量产，使得半导体芯片的价格一味高涨，在半导体行业引起了极大的震动。此时，摩尔定律面临了严峻的挑战：如果没有技术突破，没有理论和技术创新，这个领导行业40多年的经验公式将不再有效。

能找到解决的办法吗？

应当感谢科学家们的执著的探索，正在这个关键的时刻，美国普林斯顿大学纳米结构实验室的两位博士，Steven Chou和Chris Keimel研制出了一种在硅晶片上印下图样的新方法，被称为“激光辅助直接模印”法，即LADI方法（Laser Assisted Direct Imprint），这种方法能将芯片精细加工到当前最微细光刻工艺的1/100大小。与此同时，由Intel、Motorola和IBM共同建立的研发团体也研制出另一种芯片光刻技术，称为“远紫外光刻技术”，即EUV方法（Extreme Ultraviolet），这种方法是采用一种波长低于目前研究波长1/10的光波，用于芯片的印刻。下一代半导体芯片的主流制造工艺已初露端倪。

当芯片集成度进一步增加，芯片物理尺寸进一步缩小，当电路线径接近原子颗粒大小尺寸的时候，摩尔定律还成立吗？

年轻朋友们，问题的答案希望由你们给出！

4．软件中“摩尔定律”的影子

摩尔定律说明了电脑硬件（半导体处理器芯片和存储器芯片）的性能价格所遵循的指数规律，也隐含说明了惊人的技术创新速度。这个速度使人们发现，其他硬件和信息技术也遵循类似的指数规律改善，如硬盘的存储容量、网络的传输带宽等等。

信息技术中的另外一个重要因素是软件，面临硬件技术的飞速发展，被称为硬件灵魂的软件是否也遵循摩尔定律呢？软件与摩尔定律有没有关系呢？

摩尔定律驱动了软件工业，促进了软件市场和开发的策略。我们知道，在大型计算机时代，机器使用率很低，软件昂贵，维护与更新困难。而当采用强大功能处理器的个人计算机进入普通用户后，为适应系统硬件的发展，软件开始了革命，软件公司也高效率开发与硬件配合得更好、更快的软件，自此体现了摩尔定律的影响。

软件工程师根据摩尔定律预测的硬件发展趋势，提前规划和设计全新的软件结构，拓展新兴的软件应用市场。当新型处理器芯片刚一问世，硬件厂商便同步地推出了含有该芯片的硬件产品，软件公司也同步推出了能够在该系统上有效运行的、功能经过改善和升级的、价格低廉的软件。

在摩尔定律的引导下，软件和硬件的相互促进，软件和硬件产业链的紧密结合，不断地拓展新的市场，不断为人们提供更好的产品，提供更好的服务。

摩尔定律的影子进入了软件的研发，意味着一个全新的领域和无限的机会。

软件界的朋友，也当了解摩尔定律的言外之意吧！

5．信息时代的“新摩尔定律”

摩尔定律的另一个意义是对信息时代文化观念的影响。

我们生活在信息时代，这个时代的社会节奏快速，技术更新迅猛。

我们每个人应当以极高的敏锐度来看待科学技术的发展，来指导自己的行动，来领悟思维及观念的更新。每个人都应意识到，如果你不能迅速地掌握快速发展的科学技术，不能获取有价值的信息，不能抢占信息的制高点，不能抓住稍纵即逝的机遇，产品不能创新，不能满足客户的需求且又不能保证服务质量，其他的竞争者便会乘虚而入，捷足先登，并迅速地占领市场，获得发展的良好机遇。

20世纪末，人们又注意到因特网上的信息的增长速度异常迅猛，形成了所谓“信息爆炸”的趋势。根据数据的预测，专家们提出了网络信息增长的“新摩尔定律”，即：互联网网络信息流量每6个月翻一番，网络用户的数量也以每年翻两番的速度增长。这个所谓的“新摩尔定律”只是摩尔定律在互联网络领域内影响的另一个侧面佐证。

6个月翻一番，信息增长的速度给我们的信息基础设施提出了一个个空前严峻的问题：我们的网络承受得了吗？我们的通信能够保证吗？我们的存储体系能够容忍吗？数据的完整和安全能够得到保障吗？信息的处理速度能够跟得上吗？掌握信息的人的知识更新来得及吗？培养人才的教育能够保证人才的持续发展吗？

幸运的是，我们已经和正在看到新技术的汹涌、创新思维的勃发。网络已经在向千兆网、万兆网进发，通信已进入3G、4G领域，存储扩展到网络，网格等新的网络应用体系相继出现，教育也逐步进入多层次和国际化。

“新摩尔定律”只是一种预测，但它给我们提出了更深切的、值得思考的问题。

摩尔定律终将会发生变化，这个定律也终将会被打破。因为它不像牛顿定律那样是自然规律，它只是人类创新和技术活动的经验总结，只是信息技术发展的一个阶段的体现。

未来人类创新活动的新经验也将成为时代新的定律！

在中国，期待新的“定律”出现！

我们拭目以待！