無疑，摩爾定律是有終結之日的，而且現在已經瀕臨終結。

戈登·摩爾是英特爾創始人之一。他於1965年4月19日在《電子學》雜質上發表了一篇文章，文章中便提出了摩爾定律用以揭示資訊科技發展的速度。當時他是快捷半導體公司的一位工程師。

圖1. 美國科學家戈登·摩爾

摩爾定律說的是，當價格不變時，積體電路上可容納的元器件的數目，約每隔18-24個月便翻一番，效能也將翻一番。換言之，每一美元所能買到的電腦效能，將每隔18-24個月翻一番。

自摩爾定律提出到現在，資訊科技的發展速度一直都按照摩爾定律所預言的那樣發展。但無疑這個定律是有終結之日的，因為我們總不能期待元器件整合的密度無限地提高，每一個電晶體的尺寸無限地縮小，計算機的效能無限地增長。

問題是摩爾定律現在終結了嘛？如果現在沒有終結，那麼什麼時候會終結。摩爾定律終結之後，資訊科技又應該朝哪一個方向發展呢？

大家在朋友圈或各大新聞媒體可能經常會見到類似於這樣的文章：《摩爾定律已死，半導體行業發展會停滯嗎？》、《摩爾定律這次真的到頭了！ 》、《存在 50 年的摩爾定律正在失靈？》。確實，近幾年以來，資訊科技發展的速度越來越慢，人們也很少再去提人類在電晶體整合工藝上的提高。一種比較合理的預測是，摩爾定律最多隻能堅持到2020年附近。

或許我們更應該想的是，摩爾定律終結之後，資訊科技發展走向何方。其實先於我們想到這個問題之前很久，科學家就提前想到了這個問題，並進行了各種各樣的科學探索。我們不能再期待摩爾定律的量變能給我們帶來什麼，而應該尋求質變為資訊科技的發展開拓新的路子。傳統的摩爾定律只是基於電子電晶體的思路提出來的，利用的只有電流的開關來實現“0”和“1”，本質上是利用電子電荷的屬性，那麼我們可不可以利用電子自旋呢？可不可以利用其它微觀粒子呢？可不可以利用準粒子呢？可不可以利用粒子的量子特性呢？

對，量子計算機就是我們發展的下一步。具體到時候又會是怎麼樣的發展規律呢？會不會又有一種類似於摩爾定律的關於量子計算機的定律被提出來呢？這一切就讓我們在不遠的將來共同見證吧！

幾年前就結束了啊！首先，頻率到4Ghz這個坎已經快十年沒辦法有效突破了，即便是製程從28nm一路到了10nm依然無法突破頻率的天花板；而另外一條路多核方面，雖然功耗和發熱透過製程提升能稍微緩解，但每次提升30~40％的間隔就超過摩爾說得18個月了，而多核就算是成功增加了，運算速度並不是核心數量的倍數，而且核心越多，這個損失越大。

看來電晶體這條路已經接近盡頭了，需要從架構上改變了，當然也脫離摩爾的定律了。

我認為這個問題在目前狀態下是無法得到“真正”答案的。從最嚴格的意義上講，摩爾定律是指晶片上電晶體的數量。從最不嚴格的意義上講，它是指使用一美元可購買的通用計算能力。同樣，當變化率無法達到每18/24個月加倍時，摩爾定律將“終止”，當然這並不意味著進展將完全停止，它只會以比這更慢的速度前進。

當積體電路停止以每18個月使電晶體數量增倍時會發生什麼呢？大可不必擔心，因為已經在建立大規模並行系統，以達到與在單個計算實體中使用許多倍數量的電晶體。如果完全無法提高每立方厘米的計算能力，將會發生什麼？這確實取決於達到目標時所處的位置。很有可能會轉向更聰明的實現，以提高從該計算能力中獲得的收益。將投入更多的精力來建立專用電路。

總的來說，即使有“奇點”的可能性，我認為距計算密度的底端還有時間。

摩爾定律以英特爾創始人戈登·摩爾的名字命名，它觀察到計算能力大約每兩年翻一番。這導致了計算能力的指數增長。隨著時間的推移，指數級增長“雪球”，最終它建立了勢頭並最終導致垂直增長。

在過去的幾十年中，計算能力或多或少地遵循了這一道路。摩爾定律說，計算機晶片中可容納的電晶體數量大約每兩年翻一番。電晶體允許計算機進行計算。在晶片上塞滿的電晶體越多，具有的計算能力就越大，這是摩爾定律背後的推動力。但是摩爾定律並不是真正的定律。重力是定律，摩爾定律是一種觀察和預測。

摩爾定律55歲了：它仍然有意義嗎？今年是摩爾定律55週年，技術行業專家對這一理論及其未來意義進行了反思。自1965年以來，摩爾定律一直是正確的，但在未來幾年內，摩爾定律將“失效”。因為儘管當今的電晶體是微觀的，但它們仍然佔用物理空間，製造佔用物理空間的東西有多小的限制，現在正接近電晶體的極限，因此，摩爾定律所預測的進展必須放慢。

摩爾定律距離終結的又一步，全球最大的兩家晶圓代工廠-臺積電（TSMC）和三星在摩爾定律的階梯上又爬了一個臺階。臺積電（TSMC）首先發表講話說，其5納米制造工藝現在處於所謂的“風險生產”中，三星很快也釋出了類似的公告。

臺積電表示，其5納米制程可將速度提高15％，或將電源效率提高30％。三星承諾將效能提高10％或將效率提高20％。分析人士說，這些數字符合預期。但是，相比之下，十年前有時有50％的改進，很明顯摩爾定律已不再是過去，但是從大型鑄造廠的投資來看，客戶仍然認為這是值得的。

實際上，摩爾定律已經放慢了。許多技術專家預測，這種現象將在2022年至2025年之間達到極致。這是否意味著摩爾定律將會終結？沒有機會。摩爾定律遺留下來的地方將採用新技術來彌補，所以它沒有終止，但是放緩了。

人們基於技術原因預測了摩爾定律的消亡。例如，摩爾定律不能超過500nm，因為它不能低於光刻所需的光波長。然後，技術界使用較短的波長來減小波長，其他人則預測其在193nm處消失，因為波長限制也被雙重圖案和其他技術所克服。摩爾定律的極限不受當前技術的驅動，畢竟，如果我們知道如何縮小尺寸，我們可能會做到。摩爾定律的限制實際上是成本問題。每個新節點的縮減都會以相當可預測的方式使技術開發成本增加約40％。結果是摩爾定律受到經濟學的限制。

十年前，也許有20家公司負擔得起前往下一個技術節點的成本。當前，世界上可能有3家公司可以這樣做：英特爾、臺積電和三星。當下降到7nm時，將沒有動力向下推進到下一個技術節點，因為這樣做的原因是，可以比競爭對手以更低的單位成本獲得性能更好的晶片，這正是英特爾的考慮。當產業界指出他們沒有動力繼續投入過多資金來保持領先地位時，摩爾定律就會放慢速度。2020年不是一個終結點，但可能是2025年或2030年。那時，我們可能已經發現了其他方法來提高計算效能並降低單位成本。

同樣重要的是要意識到，執行摩爾定律的很多成本都是人為的，裝置製造商為先進裝置收取大量費用，因為它們可以，而不是因為生產成本高昂。隨著對前沿裝置的需求下降，他們的豐厚利潤率也會下降，但他們不會停止生產前沿裝置。他們可能被迫解僱一部分龐大的研發力量。同樣，這將導致減速，而不是停止。

以上影響已經對半導體行業產生了巨大影響。不僅需要從技術角度考慮摩爾定律，還需要從經濟學角度考慮它，因為經濟原因無法實現的技術比比皆是。

半個世紀以來，技術行業一直以一套規則為基礎，這些規則定義了從電力電子到計算機晶片的一切方式是設計。這些規則中有摩爾定律，自1965年以來，摩爾定律就一直為創新提供支撐，但預計在未來幾年內它將“終止”。

隨著對電子裝置中更高處理能力和速度的需求不斷增長，設計和電子工程師已經透過開發具有越來越多的電晶體功能的積體電路（IC）計算機晶片來克服這一挑戰。正是從這種方法中產生了摩爾定律，不幸的是，技術發展的速度並沒有放緩，這使我們處於摩爾定律即將終結的局面。

摩爾定律之死符合阿姆達爾定律:摩爾首次宣佈他的定律的同時，另一位計算機界人士注意到平行計算受到必須按順序執行的任務的限制。1967年，吉恩·阿姆達爾提出了他的同名法律，規定執行時間只能加速到一定程度。阿姆達爾定律與計算任務的加速有關，該任務包括一部分可以透過使用多節點或群集計算並行執行來加速的部分，其餘部分必須以序列方式執行。平行計算的好處受到任務的序列部分的限制.這已經遠遠超出了計算範圍，因為要實現可擴充套件性和健壯性，現代工作負載（包括儲存、資料庫、大資料、人工智慧和機器學習）已設計為可作為分散式應用程式執行。

業內許多人不願就該想法何時不再相關發表明確的宣告，但普遍的共識是，這將在2020年至2025年之間的某個時間出現，人們正為解決這一技術障礙尋找切實可行的解決方案。

如果要從當前的情況中吸取教訓，那就是我們現有的計算和計算機晶片方法需要改變。不僅僅是調整設計或更改材料，還可能是計算本身需要更改。有幾種新的技術正在填補摩爾定律的空白：

（1）3D計算將改變傳統思路

一個城市在土地短缺時會做什麼？它建造摩天大樓。透過“向上建造”，使用一幢樓的建築來建立房地產，就可以容納100倍以上的人。類似的東西正在計算中發生：計算機的“空間量”始終是二維的。平板計算機晶片坐在平板主機板上。三維空間沒有任何變化。計算機晶片內部沒有“向上”或“向下”。現在正在改變，以3D堆疊的晶片遠遠優於並排放置的晶片。不僅可以在同一封裝中容納多個電晶體，還可以更好地整合所有晶片功能。這縮短了資訊傳播所需的距離。而且，它為資訊傳播創造了更多途徑。結果將是更快的速度和更小的空間功率。最終，3D晶片可能比現有晶片快1000倍。

（2）DNA計算距離還遠，但其潛力令人難以置信

DNA帶有使生命得以生存的指示。聽起來令人難以置信，但DNA可以用於計算。1994年，南加州大學的一位計算機科學家使用DNA解決了一個眾所周知的數學問題。DNA可以儲存比以往所有計算機都更多的資訊。縮圖大小的DNA計算機在理論上可以比當今的超級計算機更強大。

（3）量子計算可能是最終的顛覆

量子計算使用量子力學極大地提高了計算機的速度和效能。兩者都處於起步階段，但後者才是最長期的承諾。量子計算在許多方面都偏離了傳統的二進位制數字，這不僅是裝置在功能級別上的執行方式。量子計算機使用量子（qubits）作為資訊的基本單位，並且它們可以利用量子力學來疊加狀態。石墨烯已顯示出作為量子電容器材料的潛力，這對於建立穩定的抗電磁干擾的量子位元是必不可少的。從概念上講，量子計算距離實用化還差很多年。

我們可能正處於摩爾定律終結的絕境，但是正在進行許多工作和研究，以確保技術發展不受我們所知道的計算本質的阻礙。只有透過材料選擇，晶片設計和計算方面的創新，我們才能確保順利進入計算機技術的未來。

美國國防部高階專家羅伯特在幾年前就這麼說過：

大多數的晶片從業人員肯定會思考過這個問題，尤其是科學家們，終究有一天矽工藝技術上的一些問題將難以克服，摩爾定律也就宣告結束。在過去的幾十年裡，類似的挑戰層出不窮，但是我們都經受了挑戰，摩爾定律也一直在發揮著作用。

但問題不僅僅是技術上的，更多的可能要從經濟學來考慮。摩爾定律的侷限性並不受當前技術的驅動，畢竟如果我們知道如何變小，我們可能會做到這一點。摩爾定律的界限實際上是一個成本問題。每一個製程新節點都會極大增加開發成本，我們可能會因為成本問題而沒有動力去推動下一個節點。比如十多年前，大概有20多家半導體公司可以承擔製程節點研發的成本，但是目前只有三四家了。

預測電晶體將在2021年停止縮小

目前在市場上有7nm技術，當進一步提升到5nm或更小時，就存在量子隧穿的可能性，這時候我們基本上失去了對電子的控制，電晶體也就會失去開關的意義。

摩爾定律定有終結之日，可能是2020年，也可能是2025年，但是，在那個時候，我們肯定是已找到了其它方法來提高晶片的計算效能並且可以很好的控制成本，比如三維固態量子計算或其他已經在實驗室中構建的晶片。

近半個世紀以來，摩爾定律一直是推動半導體器件發展的動力。但是原子水平的物理限制打破了摩爾定律，下一代電子產品需要一項新舉措來推動計算領域的下一次重大革命。英特爾的聯合創始人Goron Moore曾經說過，晶片上的電晶體數量每年都會增加一倍，同時成本可以減少一半。自1965年以來，這種觀念一直存在，並且在過去一年中基本保持不變。

由於我們由於構成現代電子產品的原子結構大小達到物理限制，因此仍需要弄清楚我們接下來要去哪裡。為了幫助弄清楚這個目標，美國國防高階研究計劃局（DARPA）正在舉辦首屆電子復興計劃。這項為期三天的活動將於7月23日至25日在舊金山舉行，將為下一代電子產品的創新理念帶來15億美元的投資。

行業合作伙伴包括Alphabet，Intel，Cadence，Nvidia，IBM，Mentor Graphics和Applied Materials。在ERI峰會上，人工智慧，硬體安全，硬體模擬和光子學將成為焦點。目前，行業不僅需要構建更好的硬體，而且還需要構建有助於設計工程師設計下一代產品的工具。當下一代硬體尚不存在時，硬體模擬變得更加困難。

正在進行研究的光子學可能會作為改進我們現有工藝的手段。 CPU，GPU，FPGA和ASIC都依賴於更小的電晶體來以更低的功耗擠出更多的效能。啟用基於光的互連允許延遲取決於透過介質的光速而不是透過半導體的電流。嵌入微電子系統的光子學理論已存在數十年，但尚未完全解決可行性問題。與傳統矽不同，光子器件目前不能很好地擴充套件以便於大規模生產。

這一協作式行業活動可以塑造電子產品在可預見的未來發展的道路。雖然我們可能需要幾十年的時間才能讓消費者開始看到尖端研究的好處，但應該知道，一旦摩爾定律被徹底粉碎，就會有成千上萬的人積極尋求解決方案來繼續發展技術。

1965年4月19日，彼時的老牌專業雜誌《電子學》釋出了一篇名為“讓積體電路填滿更多的元件”的評論文章。在這篇文章中，撰稿人戈登·摩爾根據自己觀察的前幾年行業規律提出了一個知名的預言：“在最小成本的前提下，積體電路所含有的元件數量大約每年便能增加一倍（原文：The complexity for minimum component costs has increased at a rate of roughly a factor of two per year ，引自Intel官網相關文章）”。

當然，稍微關注消費電子領域的朋友們聽到這句話，應該都能反應過來了——沒錯，這就是大名鼎鼎的“摩爾定律”。而且準確來說，這才是摩爾定律最初、也最原本的意思。至於大家可能更熟悉的“每18個月，電子計算機的效能提升一倍，或者價格下降一半”，那其實是後人從“摩爾定律”中穿鑿附會而來，“18個月”並非摩爾的本意，“效能或價格”更不是他關注的重點。

摩爾定律，其實它根本就不是一個定律

首先，我們希望大家明白一件事——儘管我們為了傳播和理解上的方便，使用了“摩爾定律”這個名稱。但實際上“摩爾定律”並不是一個真正的科學定律！

當然，我們不否認“摩爾定律”的提出者戈登·摩爾作為全世界半導體行業的先驅，作為曾經有名的“仙童八叛徒”以及當今晶片巨頭英特爾的創始人之一，老先生本人的權威當然是非常高的。但是，即便如此，他所提出的“摩爾定律”依然不是客觀存在的自然規律，只是一種經驗主義的說法。注意，這可不是我們說的，而是英特爾方面的說法。用英特爾官網上的的原話來說，包含著“摩爾定律”原句的那篇文章（讓積體電路填滿更多的元件），本質上也只不過是“專家對未來的願景（The experts look ahead）”而已。

明白了這個道理，那麼所謂“摩爾定律的有效性”其實就變成了一個非常弔詭的事情。首先，回顧歷史，我們會發現摩爾定律其實在傳播的過程中經歷過多次“修正”。首先是在1975年，摩爾自己在將“摩爾定律”寫成論文提交給IEEE國際電子元件大會時，便將原本理論中的“一年增加一倍”改成了“兩年增加一倍”——據他自己說，這是“根據當時的實際情況進行了改動”。而許多人現在所熟悉的“每十八個月增加一倍”，則又是後來的英特爾CEO大衛·豪斯在摩爾定律基礎上所做的“魔改”——而且，豪斯不僅將時間改成了十八個月，還將“元件數量增加一倍”曲解成了“效能提高一倍”。

奔騰4處理器的電晶體數量是符合摩爾定律的，但它的效能顯然並不符合這一規律

對於半導體產品來說，電晶體數量翻番是不是一定就會帶來效能翻倍呢？稍有常識的人都知道不一定。但是，經過大衛·豪斯這麼一解釋，“摩爾定律”的整個內涵其實就悄然發生了極大的改變：

如果說，原始的“摩爾定律”還只不過是一名行業專家對於業內生產工藝的一種推論，那麼扯上了“效能”之後的摩爾定律，就已經變成了半導體行業自我標榜的一種符號——我很先進，因為我一直在進步。與此同時，它也無形中給了商家說服消費者換機的理由——根據摩爾定律，老舊的電腦/手機/遊戲機淘汰起來是很快噠，所以趕緊買新的吧！

商業化時代的摩爾定律：它早已成為了一種促銷手段

當然，不可否認的是，由於摩爾定律作為半導體行業“規則”的存在，它客觀上曾經在很長一段時間裡促進了整個半導體行業的自我進步，但是，自從“摩爾定律”和消費電子、和商家們促進消費的心理扯上了關係，為了讓普通的消費者能夠認同這個原本很嚴肅但其實並不嚴謹的“定律”，行業大佬們可謂是煞費苦心——一方面，他們將摩爾定律中的“元器件數量”異化成了“效能”，另一方面又反覆倒騰原本“在最優的成本下”這句話，將它歪曲解釋成了“半導體產品（乃至最終的電腦）的價格”。然而，即便如此，所謂“計算機的效能每十八個月就翻一番，或者價格降低一半”這樣的言論看起來依然不夠有說服力——特別是這個所謂的“效能”，到底要如何才能讓潛在的消費者更直觀地感受到呢？

這個時候，有趣的事情就發生了——當計算機CPU還處在單核時代時，廠商們用主頻指代了效能；當計算機CPU開始進入雙核、四核時代時，“製程數字”被拿來作為摩爾定律的直接指標；而到了如今，當主頻、製程的提升都變得越來越困難時，“對飈核心數量、比拼XXXX跑分軟體的成績”又似乎成為了“證明”新時代摩爾定律依然有效的證據。

基於Intel Xeon W3175X 28核處理器和兩塊RTX2080Ti顯示卡的最強個人工作站，價格嘛…………

當然，這樣變來變去的宣傳策略，也同時帶來了一些令人意想不到的負面效果——那就是所謂“摩爾定律的失效”。在十幾年前，當奔騰4處理器的主頻無法再提升的時候，人們開始質疑“摩爾定律是不是已經失效了”？在幾年前，當Intel宣告新半導體工藝的部署速度已無法再跟上“Tick-Tock”戰略的節奏時，又有一些磚家學者開始聲稱摩爾定律已到極限。至於今天，當我們看到諸如i9-9990XE、RTX Titan這樣的旗艦硬體產品相比上一代價格大幅上升時，相信也會有普通消費者產生這樣的疑問：不是說好的十八個月之後硬體效能翻倍而價格不變麼？是不是摩爾定律早已失效了？

摩爾定律失效了？技術上沒有，但實際上早已發生

其實，原始的摩爾定律本來就是一種粗暴簡單的猜測，它不是什麼客觀規律。自然也不存在有效沒效——之所以在過去的幾十年裡摩爾定律被大抵認為有效，一方面是源自戈登·摩爾本身的名人效應使人們選擇性忽略了它的反例；而更重要的原因，則在於包括Intel、臺積電、AMD在內的一系列相關廠商實際上是在主動用自己的產品規劃去“支撐”著摩爾定律——支撐著大眾消費者對於消費電子的信仰。說得更直白一點，就算有一天，半導體制程真的到達了物理極限，CPU廠商們也一樣能夠透過多層堆疊之類的技術繼續造出更大、更強的產品，繼續“證明”摩爾定律依然有效。

但是，你知道麼？如果按照現代商業化的思路來解釋的話，其實摩爾定律是早就“失效”了的！

這是什麼道理呢？很簡單，這麼多年來，半導體巨頭們一直以他們所理解的摩爾定律，告訴我們3C產品技術進步極快、效能一年翻一番、早買早享受、晚買享折扣……但實際上，他們口中的“效能”更多地只是一種理論上的算力，而並不是消費者能夠實際感受到的流暢度。

IBM 5100型電腦，在那個時代，所有的電腦使用者必然都是大神

之所以會發生這種現象，到還不是晶片廠商們的“鍋”，而是我們人類的惰性使然：在戈登·摩爾所處的年代（上個世紀60-70年代），計算機並不普及，而當時能夠接觸到計算機的人、不是軍方的高階技術兵、就是各大科研機構的研究員。他們用著極為複雜的機器碼，寫出晦澀難懂但執行效率極高的程式，以便它們可以在當時機能孱弱的電腦上執行。

尼克勞斯·維爾特，他同時也是一位知名的軟體大神，自然有資格批評現在的程式設計師

但是，當時間來到上世紀90年代，情況已經不一樣了：電子遊戲、聊天軟體、線上多媒體應用成為了電腦使用者當中最主流的程式表現形式，但一年到兩年一換代的個人電腦卻反而讓專職的程式設計師們開始變得懶惰。1995年，計算機科學家尼克勞斯·維爾特觀察到，由於程式設計師愈發懶於最佳化、軟體愈發龐大臃腫、加上快速的開發週期帶來程式質量的下降、以及軟體公司管理的種種問題，軟體速度的減慢已經抵消了硬體速度的提升，因此計算機系統一面遵守“摩爾定律”提升理論效能，一方面在實際的消費者可感知的效能上是不升反降的。對此，維爾特刻意用調侃“摩爾定律”的方式來命名自己的發現，將其稱之為“維爾特定律”，其內容可以簡單地概括如下：

“軟體變慢的速度永遠快過硬體變快的速度。”