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熟悉技術機技術的朋友可能都聽說過摩爾定律。所謂摩爾定律不過是英特爾創始人之一高登摩爾(Gordon Moore)在1965年對晶片技術發展做的一個預言。 他預言晶片上的電晶體數量密度每兩年將會翻一番。另一種說法是計算機的計算能力將以幾何級數快速增長。事實證明,摩爾的這個55年前做的大膽預言竟然驚人地準確描述了這幾十年的晶片的發展情況。於是這一預言被人冠名為摩爾定律。下面這張圖描述了從1971年到2018年晶片個數的增長。觀眾請注意圖裡縱軸已經是對數尺度了。

摩爾定律:晶片上電晶體數目從1971到2018的增長

熟悉計算機技術的朋友一定能在圖裡找到你的電腦或手機用的晶片。我們今天用到的各種現代科技無一例外不是得益於摩爾定律的成功。電腦,手機,大資料,人工智慧,飛機,汽車,高鐵,那一個都離不開晶片技術的快速發展。

摩爾定律會繼續正確下去嗎?歷史上摩爾定律曾經因為技術難關而被多次宣佈死亡,但由於人們不懈的努力,摩爾定律頑強地活到現在。隨著電晶體密度越來越高,電晶體的尺度越來越小,難度也越來越大。10奈米技術時有四家公司跨過了門坎。7奈米技術時只有3家公司過了關:英特爾,三星和臺積電。到了5奈米技術,技術力量強勁的老牌晶片公司英特爾竟然臨陣脫逃,只剩下三星和臺積電成了競爭的幸運兒。為什麼呢?難度太高了。一個矽原子的大小大約是0.2奈米,7奈米晶片裡的電晶體只有35個矽原子的大小;而5奈米晶片的電晶體只有25個矽原子的大小。到了這個尺寸,量子效應帶來的各種不確定性已經非常明顯。下面這個表給出了從14奈米以後晶片如何按摩爾定律的發展的資料。

根據摩爾定律的晶片發展的資料

現在三星和臺積電都在緊鑼密鼓的攻關3奈米技術。老牌晶片廠英特爾也躍躍欲試,試圖重新迴歸3奈米技術。最後鹿死誰手,還在未定之天。3奈米以後的晶片技術將會更難。可以遺憾而又肯定地說,傳統的摩爾定律在今後的幾年將無法再繼續下去了。摩爾定律將會完命於量子力學。

摩爾定律的完結是不是意味著人類對計算能力增長的追求也隨之完結了呢?答案是否定的。人們對計算能力的新的追求還在繼續。一個全新的計算技術是基於量子力學的量子計算機(quantum computer)。很多大公司都在大手筆的投資在量子計算上。 IBM和谷歌的量子計算機都顯示出了比傳統計算機的巨大的優勢。谷歌宣稱他們的量子計算機用200秒完成了世界最快的計算機用1萬年才能完成的計算!

正所謂成也蕭何敗也蕭何。當傳統的摩爾定律因為量子力學而日薄西山的時侯,全新的摩爾定律將會因為量子力學而噴薄而出。以後10年的技術發展將會是非常激動人心的。我們拭目以待。

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