摩爾定律的提出

2020-05-14

    

    今天人們說到集成電路,自然而然地會想到摩爾定律。1964年,“八位仙童”之一的摩爾博士時任仙童半導體公司的研發主管,他受《電子學》雜誌的邀請,為他們1965年4月刊撰寫探討未來集成電路發展的文章。在這篇3頁紙的短文中,摩爾探討了半導體行業中晶體管小型化的趨勢,並對集成電路上經體管的數量的增長做預測,認為能被集成的晶體管數量將按幾何級數快速增長,至少10年內每年都翻番。1975年,膜耳根據行業的發展,把預測改為每兩年翻一番。後來,行業又將該定律修正為“晶體管集成度將會每18個月增加一倍”。

    

     加州理工學院教授卡弗·米德(Carver Mead)把該定律命名為摩爾定律,摩爾定律為後來集成電路的發展所證實,受到行業的廣泛認同,成為驅動信息技術產業發展的“第一定律”。微處理器性能、內存容量、傳感器甚至是相機像素都沿著摩爾定律紙出的路勁在發展,而摩爾在《電子學》雜誌中的預測逐步成為了事實:“集成電路會帶來一系列的奇蹟――家用計算機(或者是連接到中央計算機的終端)、汽車自動控制系統,以及便攜的通信設備。”

   

     摩爾定律并不是自然規律,而是以微電子學為基礎,集自然科學、高新技術、經濟學、社會學等為一體的推測,滿足了人們對計算、存儲的渴望與需求。盡管不紹人試圖通過各種方法來“計算”出摩爾定律的極限,但每一次摩爾定律的極限都被新技術、新工藝打破,而尋找并突破摩爾定律極限的過程也成就了半導體發展的過程。縱觀半導體技術的發展歷程可以發現,摩爾定律引導了半導體行業的發展,使之向更有序、更有計畫的方向前進,成為半導體領域裡不可替代的第一定律,並在很大程度上帶動了其他產業的發展。

    

    在摩爾定律的影響下,如果信息技術企業今天和18個月前賣掉同樣數量、同樣的產品,它的營業額就要降一半,這被業界稱為反摩爾定律。反摩爾定律逼著所有的硬件設備公司必須趕上摩爾定律規定的更新速度,促成科技領域質的進步,並為新興公司提供生存和發展的可能。反摩爾定律意味著信息技術企業不可能像傳統行業那樣只追求量變――僅僅只有量便上的積累,無法趕上摩爾定律預測的發展速度,創新潛力會被耗盡,而革命性的創造發明則是進步的根本動力。

    

任何一個技術發展趕不上摩爾定律要求的公司,都將會被淘汰,對於大企業而言也不例外。因此,大企業除保持很高的研發投入外,還需密切關注新興技術的發展,經常并購可能帶來有革命性新技術的中小企業,風險投資機制由此興起,以“硅谷”為代表的高新技術產業具集區也由此成長。根據摩爾定律,信息產品的硬件18個月後的性能將會提升一倍,但是操作系統等軟建功能卻越做越多、越做越大、越做越慢,銷耗了硬件提升帶來的運行效率。因此,每一次操作系統的升級,都會帶來硬件銷售的更新潮,形成“軟件-硬件”升級的生態鏈:在計算機領域,前者以比爾·蓋茲創立的微軟為代表,後者以安迪·格魯夫(Andy Geove)曾任首席執行官的英特爾為代表,因而便有了“安迪-比爾定律”(Andy and Bills Law)。“安迪給什麼,比爾拿走什麼(What Andy gives,Bill takes away)”的安迪-比爾定律被用於描述了硬件產商和軟件產商之間的關係。兩者形成了協同共贏的生態。

    

    摩爾定律的意義,甚至已經超越了集成電路和信息技術。從技術角度來看,以當前快速發展的生物技術為例,不少人也以“類摩爾定律”作對比:人類基因組測序的成本已從十年前的約1000萬美元降至當前的約1000美元,單個基因的合成成本也已從21世紀初的約1美元下降至當前的2~5美分。基因測序和基因合成的成本都在已超過摩爾定律的速度下降。VLSI Research公司曾說“摩爾定律最神奇之處並不是它帶來了iPhone。在最近的20年裡,每開發出一種新藥都需要計算機來對分子進行模擬。如果沒有計算技術的幫助,我們絕無可能合成這麼多藥物,DNA分析、基因組學都不會存在――你根本就沒法做基因檢測。這一切歸根結底都是晶體管的功勞。”

    

    從行業的角度看,受摩爾定律的驅動,行業活動中“研發-生產-供給-銷售”等各環節產生的各類信息的收集、處裡、傳輸、存儲等難題已不復存在,極大地提高了物質生產和能源利用的效率。對於宏觀經濟而言,其所帶來的影響就是,傳統的製造業和農業被施以信息化改造,服務業比重持續上升,橫跨眾多部門的信息產業成為國民經濟最重要的部門。對於微觀經濟而言,信息技術的發展推動了組織結構扁平化、網路化、虛擬化,活躍在信息產業等高科技行業中的中小企業獲得充足的發展空間,企業所處的價值鏈、創新鏈均被重構。

    

    可以說,摩爾定律已成為後來的集成電路和相關行業發展的激勵信條,而延著摩爾定律佈局的英特爾公司也成為了行業的領跑者。摩爾在86歲接受採訪時說:“一開始我只是想紀錄一下集成電路的發展歷史,沒想到它漸漸受到業內各大公司認可,每個公司都得想辦法達到這樣的速度,落後就要挨打。”加州大學柏克立分院教授胡正明則指出:“公司為了掌握更高的市場份額、擊敗競爭對手,必須拼命把產品性能翻一番甚至翻兩番,這些都是可以理解的,也正是他們的努力使得電子產業取得了如此高速的發展。然而,沒有哪一種指數增長是可以一直延續下去的。而那可能是個更好的結果――與其燦爛無比又一閃而逝,穩定而緩慢的增長顯然是更好的。”

    

    由此可見,從集成電路被發明之日開始,技術創新就已經注定成為這個行業的立企之本、競爭之根、發展之源。