【摩爾定律 50 年發展史】GPU 是關鍵分水嶺,摩爾定律能活多久要看台積電

各種尺寸的半導體晶圓。

【為什麼我們要挑選這篇文章】摩爾在 1965 年提出著名的摩爾定律,50 年來,這條定律準確預測了半導體產業的發展趨勢,也成為推動科技產業發展的「自我實現」預言。

這 50 年,摩爾定律與 CPU/GPU 究竟如何發展?摩爾定律的未來會如何?讓我們透過一段影片了解摩爾定律與半導體的發展史,鑑往知來,持續為科技產業注入技術與創新力道。(責任編輯:郭家宏)

「摩爾定律過去是每 5 年增長 10 倍,每 10 年增長 100 倍。而如今,摩爾定律每年只能增長幾個百分點,每 10 年可能只有 2 倍。因此,摩爾定律結束了。」

今年一月份,英偉達(NVIDIA)CEO 黃仁勛在 CES 2019 展會上,如此預測了摩爾定律的未來。

摩爾定律是所有科技人都耳熟能詳的詞。1965 年,英特爾聯合創始人高登.摩爾(Gordon Moore)提出了這一想法,即 IC 電路上可容納的元件的數量,每隔 18 至 24 個月就會增加一倍,性能也將提升一倍。

半個世紀以來,這條定律都非常準確的預測了半導體產業的發展趨勢,成為電腦處理器製造的準則,也成為了推動科技行業發展的「自我實現」的預言。然而近年來,關於摩爾定律放緩或者失效的聲音越來越多。

一家名叫 datagraph 的機構近期製作了一個影片,希望探究摩爾定律與 CPU/GPU 的發展進程。

不到五分鐘的影片從 1965 年摩爾定律的提出開始,橫跨半個世紀。從中可以一窺微處理器的早期,到英特爾的主導地位,以及近年來英偉達和 GPU 的崛起。

在 1965 年 4 月 19 日出版的《電子雜誌》35 週年紀念上,時任 Fairchild Semiconductor 研發部主任的摩爾發表了一篇《Cramming more components onto integrated circuits(把更多組件放在整合電路上)》,正式提出了摩爾定律。

影片中粉紅色的條是指根據摩爾定律,理論上一個半導體晶片上整合的電晶體和電阻數量,藍色的條是指 CPU,綠色的條是指 GPU。

最初的最初,這個數字僅僅是 72。

微處理器的早期時代,德州儀器、Motorola、英特爾當道

1974 年,德州儀器推出首個高性能的商用微處理器 TI TMS 1000,首次超越了同期摩爾定律的預測!

這是一家應該在晶片發展史上有姓名的公司,如今的德州儀器已經逐漸被大多數人遺忘,但是,在德州儀器火紅的時候,世界上還沒有英特爾和高通。在 ios 和 Android 系統還沒紅起來的那個年代,德州儀器基本上把持了所有的手機處理器市場。當年最受追捧的手機品牌 Nokia,就是德州儀器處理器的忠實用戶。

1975 年,摩爾本人更新了摩爾定律,將半導體行業的發展週期從 12 個月增加至 24 個月。在隨後 30 年中,透過縮小晶片上元件的尺寸,晶片發展一直遵循著摩爾定律。

值得一提的是,Motorola 曾經也是 CPU 大老,在早期的時候,Motorola 可以說也曾是半導體業界巨頭,代表產品包括了 MC6800、68K 等,還和 IBM、蘋果合作了 PowerPC 系列晶片(Motorola 半導體負責製造該晶片),目前仍在軍事領域影響頗大。其中,1979 年的 Motorola 68000 系列基本是 8 位元時代能採購到的最穩定、好用的處理器,在誕生 40 年後的今天,依然還有人在使用。

1982 年,英特爾推出 80286 處理器,在 pc/at 機時代被廣為使用,一直持續到 90 年代。

1987 年,德州儀器瀏覽器發佈 Lisp 晶片,這也是首款基於 Lisp 語言用於 AI 計算的晶片。

進入 90 年代,摩爾定律預言的晶體管數量一度領先業界,93 年,英特爾第五代微處理器誕生。之後,英特爾作為晶片大老一度壟斷市場,甚至導致了整個 90 年代晶片行業的緩慢發展,直到,英偉達和 GPU 的出現。

GPU 出現,摩爾定律進入新階段

1997 年,GPU 晶片誕生,像一條跳入市場的鯰魚,將摩爾定律和半導體世界帶入了一個新的階段。

GPU 也就是 Graphic Processing Unit(圖形處理器),1999 年,當英偉達發佈 GeForce 256 圖形處理晶片時首先提出這一概念。

GPU 誕生後,整個晶片世界也進入了飛騰時期,英偉達、AMD 和英特爾幾家大老群雄逐鹿。

AMD 在這一階段勁頭很猛烈,在 2003 年將 x86 指令集擴展到 x86-64。這是一個值得被記住的重大成功,這一進展導致英特爾不得不放棄 Itanium 並複製 AMD 的指令集,並重振其 x86 系列。直到今天,x86-64 依然被稱為 AMD64。

接下來,整個晶片行業的發展迅速,電晶體數量指數級增長,將摩爾定律甩在身後。2005 年,摩爾甚至自己發佈了聲明,「摩爾定律已死,10 到 20 年內,我們會抵達一個極限。」

2012 年 1 月 16 日,AMD 發佈由台積電代工的 AMD Radeon HD 7000 系列 GPU 晶片,採用 28 nm 製程,顯示核心採用「次世代圖形核心」(Graphics Core Next)架構。

台積電是維持摩爾定律的關鍵支柱

時間軸終於推進到 2019 年,這個時候多數業界人士,包括摩爾自己,都預言摩爾定律會在 2025 年失效。

但是並不是所有人對於摩爾定律在未來是否繼續有效持悲觀態度,在日前於美國舉辦的 Hotchips 上,台積電研發負責人、技術研究副總經理黃漢森(Phillip Wong)博士做了一個題為《What will the next node offer us》的演講,他就摩爾定律未來的看法提出了自己的觀點。

他認為:「摩爾定律依然有效且狀況良好,它沒有死掉、沒有減緩、也沒有患病。」

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如今,台積電的 7 nm FinFet 晶片已經商用,黃漢森也表示,5 nm 晶片也在緊湊的研製當中,已經投入試生產,而台積電的下一步是 3 nm 晶片。

對摩爾定律,有人悲觀,有人樂觀,未來究竟如何呢?就像影片中最後的那行字:「We shall see」。

(本文經合作夥伴 大數據文摘 授權轉載,並同意 TechOrange 編寫導讀與修訂標題,原文標題為 〈5 分钟,看尽半导体和摩尔定律“你追我赶”的抗衡 50 年 〉。首圖來源:Wikimedia Commons

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