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(2015-03-04 12:32:55)
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程阳：摩尔定律50年，从技术到政治的渗透
摩尔定律50周年：重塑信息权力与信息权利
整整50年前，1965年，英特尔创始人之一摩尔预言，半导体芯片上集成的晶体管和电阻数量，将每两年增加一倍（也有说18个月）。“摩尔定律”50年来，按照计算能力来算，芯片每两年成本下降一半，到今天已经成为50年前价格的(1/2)^25，也就是说是当时价格的近3500万分之一。当初无论如何昂贵稀缺的计算机，如今已经基本上是免费了。
摩尔定律的第一个巨大效应，是把信息权力（power）交给每一个人，让每一个人拥有信息权利(right)。从大型计算机到小型计算机，到个人计算机，到手机，到可穿戴，计算能力越来越便宜，越来越从控制转向分散，从机构转向个人，互联网把计算能力日益强大的服务器、PC和移动终端连接在一起，改变了人与信息的关系，人与服务的关系，人与万物的关系，万物之间的关系，因为它们全都联网了，智能化了。比特在逐步控制原子。
摩尔定律的第二个巨大的效应，就是消除信息中介，消除信息不对称，消除信息鸿沟。在工业化时代，社会与经济中最大的中介，就是大众传播媒体（mass media）。从商业机构到其最终消费者之间的信息流动，是这样一个链条：研发-产品-销售-市场-公关-公关公司-记者-编辑-印刷-发行-读者。
难怪第一个被颠覆的，就是新闻媒体行业。在美国，第一个最成功的互联网公司是新闻门户，在中国，最早崛起的互联网公司也是门户，它们的商业模式都是去媒体中介化，带给用户的体验，都是摆脱纸媒的限制，通过超级链接，读到无限的新闻，尤其是在媒体受到严格管制的国家，门户所释放的压抑的需求更大。在门户的基础上，可以产生社区、博客、用户互动等功能。读者的用户意识开始觉醒。
搜索的产生，是摩尔定律带来信息过载的必然结果。1945年，美国一位名里德(Fremont Rider)的图书馆学者计算出，图书馆的藏书量每16年翻一番。但那是在电子媒体和互联网出现之前。如今，美国国会图书馆以每天约四亿条的速度收集推特发布的信息。假如我们把整个互联网看成一个动态的大型图书馆，上面产生的信息在以指数级别增长。我们也可以把整个互联网看成一个巨大的媒体，每天生成的信息数量更为惊人。在互联网产生的20多年的时间里，人类产生、传播和存储单位比特信息的成本，大体也是沿着摩尔定律的方向，以指数的速度减少着，其结果是信息免费，而且信息的产生和流动，远远超过了人们检索和分析的能力。搜索成为人与信息之间最重要的界面和入口。
搜索把读者变成了用户——他们可以完全按照自己的兴趣和需求获取信息。用户是技术的追求者，他们渴望自身与电脑一起升级，他们参与、互动，与电脑的关系越来越密切，不仅是物理上的，而且是心智上的。
社交应用把人与人之间的连接推到了一个新的境界，也进一步改变了人与信息的关系。人们消费信息的行为，进一步从日常浏览传统媒体及其电子版，转向朋友之间的互相转发和推荐。信息流融入了关系流。这种用户行为的改变，已经预示了我们传统上所说的“大众媒体”中的大众，将首先是社交媒体中活跃的海量用户。当社交成为用户最基础的需求时，媒体信息寄生于社交平台。
而智能手机和移动终端，将来可能包括可穿戴，真正成为一切媒体的中心。不仅便携了所有的媒体，而且因为与人体的亲密程度，它可以收集每个用户的行为信息，互动及监测，加上人工智能，从而判断用户的兴趣和需求。因为永远在线，随时随地，人们使用的时间大为增加。更加重要的是，使用移动终端的女性人数相比PC时代大为增加，而且时使用时间更长。手机让农村的居民可能消除在传统媒体时代和PC时代的数字鸿沟。据调查，使用手机比使用PC时，用户更愿意支付。手机进一步改变了人与信息的关系，人在阅读手机的同时，手机也在阅读人。
门户，搜索，社交，移动，物联，智能，人机合一（或者机器比人聪明）。人与机器的关系，就象是人在追求机器，当与机器结婚后，就被机器控制了。这是媒体发展的技术主线。
技术重新定义了媒体，之后就轮到媒体的商业模式。
媒体的商业模式，是以成本价甚至免费向读者提供内容，然后再向客户出售广告，或者真接导致交易，是一种“双边市场”。今年诺贝尔经济学奖获得者梯若尔就是双边市场理论的大师。互联网并没有颠覆这种模式，只是通过去中介化把它做到了极致。
如何做到极致？抓住长尾。在传统媒体时代，所有的媒体都喜欢说自己是主流媒体，影响的是主流人群，而互联网的成功，正是首先抓住了非主流人群，技术让互联网能够以低成本抓住长尾，服务无限细分的人群，从而让服务也变得更加精准。而所谓的主流，也被日益分解成长尾。
这种技术带来的极致，足以摧毁传统媒体的垄断与守旧。只是做到极致的人，已经不是媒体人，而是技术极客。广告仍是互联网最重要的商业模式。
对用户来说，连接是比媒体更加基础的信息需求，连接获取了多数甚至全部用户，让传统媒体机构成为其信息的代工者。决定媒体是新还是旧，并不是你是否做了自己的网站，开通了自己的微博微信号，以及做了自己的应用。决定媒体是新媒体，还是旧媒体，取决于你是下蛋的母鸡，还是卖鸡蛋的贩子。传统媒体越来越像下蛋的母鸡，而新媒体像是卖鸡蛋的。用户只关心买到了鸡蛋，并不在意是哪只母鸡下了鸡蛋。互联网，包括物联网，正在创造一个但求使用，不求所有的用户思维，尤其是中国的用户，多数目前并不在意原创的价值。
摩尔定律决定了信息技术的变化在加速，产品的变化也越来越快。过去的几十年，我们看到技术与产品的创新大致按照摩尔定律的节奏，超前者多数成为先烈，而落后者轻易被淘汰。因而我们可以看到软件产品每周迭代，硬件如手机每年换代。我们看下传统媒体，线下部分基本上十多年来几乎没有变化，相当于被抛弃的状态，而其内容在加速向互联网迁移，寄生于互联网的操作系统、硬件终端、平台与连接巨头（搜索、社交、移动、电商等），传统媒体无论如何折腾，目前为自己所创造的价值，远不及为其所寄生的平台网络贡献的价值。根据梅特卡夫定律，网络价值与连网用户数的平方成正比，媒体在网络平台上越创新，推动越多人更频繁使用互联网，从而以指数增长放大网络的价值。提供内容的媒体，早期都是为平台做嫁衣，都是下蛋的母鸡。
但是，我想强调的一点，在技术、商业模式变化的前提下，作为信息的内容，仍然是所有这些技术存在和加速变革的理由。不管是芯片速度越来越快，存储空间越来越大，屏幕象素越来越多，待机时间越来越长，还是产品做得越来越轻，越来越薄，越来越短，越来越小，它们所有加速发展的理由，都是为了更好的用户体验，为了更好的内容体验。最好的技术最终要成为最好的服务。
这种内容的体验，已经不仅仅是过去读者或者观众的被动体验，而是双向的、参与的、互动的、创造的体验。当我们谈到技术改变媒体的时候，并不仅仅是说改变的是介质，内容也将跟从媒体改变。最明显的一个现象，是出现了泛媒体化，个人和非媒体的组织机构，都可以把自己变成一个媒体，通过各种社交平台发出声音。媒体叙述方式也在变得多样化，视频、声音、图片、图表、动画、文字、虚拟现实，以及更加丰富的互动效果。对内容的需求越来越个性化，定制化，场景化，内容的来源也日益受到新现实的影响，也就是虚拟化、人工智能化的新现实。内容最早是从线下往线上搬运，随着互联网原住民人口规模的扩大，现在主要的内容原生自网络，实时互动，而将来线下的内容完全来自线上的分发，甚至已经不存在线下了。
我们最终会发现，互联网颠覆的，只是内容的中介，是控制内容的层层机构，而不是内容本身。所以我们还不能免谈内容的价值。如果说移动与社交扩大了用户人群，增加了使用时间，媒体市场做大了，必然会增加对内容的需求，从而提升内容的价值。互联网颠覆了传统的大众媒体，但它仍在寻求新的媒体归宿。
但同时内容的供给不也是无限放大了吗？如果供过于求，是不是内容贬值呢？
这里要区分内容与信息的区别。内容的定义是什么？互联网时代内容的定义发生了什么变化？我理解的内容，是在一定的场景下为终端用户提供价值的信息与体验。
内容=信息+体验+场景
所以，信息过载不等于内容的过剩或贬值。用户永远需要内容，因为用户永远处于某种场景下，永远需要体验与信息，因为移动互联网会不断创造新的场景，而且场景会越来越丰富、越来越新颖，越来越个人化，越来越长尾。
一个好消息是，媒体的变革就是技术的变革，历史上每一次技术的突破，都做大了媒体市场，丰富了内容的需求，让更多的用户可以接受媒体服务。想想看，印刷术让媒体服务从以教会为中心的精英阶层，逐步护展到城市新兴的商人阶层，通信技术让媒体成为大众媒体，而互联网技术让媒体真正进入农村、贫困地区和低收入的人群，实现有史以来媒体的真正全覆盖。互联网对媒体的需求，对媒体人的需求，对于优质原创内容的需求，不但没有减少，反而在增加。受到影响的，是那些传统的媒体机构，是那些前移动互联网时代的媒体组织形式和商业模式。媒体的核心竞争能力，还是创造内容，应该更加专注于优质内容的创造，更大胆地抓住移动与社交带来的机会，在移动和社交的主要平台建立起生态系统，重塑自己的价值。
媒体的价值和媒体人的价值都没有减少，而是在放大和转移。我们正处于旧的媒体机构和秩序被颠覆，而新的媒体机构和秩序尚未建立的转折时期，处于失控状态。
许多人说，当人人都是媒体人，每个机构都是媒体时，媒体人还有价值吗？媒体机构还有价值吗？
我并不担心。所有的互联网用户，都是追求内容而去的，新闻、体育比赛、电影、视频、美术、音乐、戏剧、游戏，等等。人们总是希望得到更好的体验，只要我们相信在互联网时代仍然有社会分工，我们就要相信专业的力量，相信机构和组织的力量。移动互联网时代，新兴的媒体机构、内容创造与创新机制和生态都在形成之中。尤其需要指出的，新闻媒体探求真相、主张价值，并非个人和非媒体机构可以完成的使命。
只是媒体人及其机构的商业价值，需要再造，而这一创造性毁灭的过程，可能还会持续一段时间，尽管一切看起来还有些遥远，尽管网络巨头们仍然黑洞般吸取一切信息和流量，但相信会有一批重生的媒体，找到穿越的虫洞。
摩尔定律40周年：如何解释摩尔定律“魔咒”
【前言】目前，摩尔定律已经到了不惑之年，甚至比英特尔的年龄还要大6岁。40年来，它所倡导的“更快、更小、更便宜”的理念，使整个IT业变成了另一个“奥林匹克”竞技场。英特尔当然也就成为了无冕之王。但是，形势已经明确无误地告诉我们：摩尔定律正在成为英特尔，乃至整个半导体产业的“第一符咒”。
今天，就让我们来见识一下这个“符咒”……
一、摩尔定律的起源
在计算机领域有一个人所共知的“摩尔定律”，它是英特尔公司创始人之一戈登·摩尔(Gordon Moore)于1965年在总结存储器芯片的增长规律时(据说当时在准备一个讲演)所使用的一份手稿。
“摩尔定律”通常是引用那些消息灵通人士的话来说就是：“在每一平方英寸硅晶圆上的晶体管数量每个12月番一番。”下面是摩尔在1965年的报纸上所引用的图：
图01
图中显示出晶体管密度每个12月增加一倍，然而，在摩尔的简短论著中并没有对这方面进行完整的论述。摩尔发表那篇论文的本意是为了探讨如何合理缩减集成电路晶体管体尺寸、降低制造成本的方法。更重要的是，他知道这种尺寸上的缩小将带来重要的意义：未来的集成电路将会更便宜、功能更多，可集成晶体管数量越多，从而使电子产品日趋廉价化、普及化，并终将对人类的生活、工作产生巨大影响。
在摩尔定律中提到减少成本是集成电路最大的吸引力之一，并且随着技术发展，集成化程度越高，低成本的优点更为明显。对于简单的电路来说，每个部件的费用与电路中所含晶体管的数量成反比关系。但同时，随着集成度的提高，电路复杂性也随之提高，由此带来的制造成本也将提高。当然，应该注意到摩尔的原作仅仅只有4页纸的篇幅，而现在的文章篇幅却长多了。这是因为我们所说的“摩尔定律”这一个名称其实并不是十分严谨，因为它其实并非科学或自然界的一个定律，而至多也仅仅是一个规律，用来描述由于不断改进的半导体生产工艺所带来的一个指数级增长的独特发展规律。
那么摩尔所提到的“最小元件成本的复杂性”究竟指什么呢？制造缺陷、制造成本与集成度之间又存在什么样的关系？让我们按照作者的本意来改写一下我们所熟知的“晶体管倍增定律”：使换算后每个晶体管制造成本达到最低的集成电路芯片所含的晶体管个数每年将倍增。
经过这样改写的摩尔定律，或许就更加地贴近摩尔先生的本意了。但是仅凭这样的一句话，仍然很难准确地表达增加集成度所带来的每元件成本下降与集成电路制造成本间的互动关系，因此，在下面，我们将详细地举例说明，以便大家更透彻地了解摩尔定律的本质。
二、摩尔定律与硅芯片的经济生产规模
大多数读者都已经知道每个芯片都是从硅晶圆中切割得来，因此将从芯片的生产过程开始讨论。下面，是一幅集成芯片的硅晶圆图像。(右边的硅晶圆是采用0.13微米制程P4所用的硅晶圆。)
图02
通过使用化学、电路光刻制版技术，将晶体管蚀刻到硅晶圆之上，一旦蚀刻是完成，单个的芯片被一块块地从晶圆上切割下来。
在硅晶圆图示中，用黄点标出的地方是表示这个地方存在一定缺陷，或是在硅晶圆被蚀刻入的晶体管起不了任何作用，这一切是由于制造技术限制而造成的，任何一个存在上面问题的芯片将因不能正常工作而被报废。上图中，一块硅晶圆中蚀刻了16个晶体管，但其中4个晶体管存在缺陷，因此我们就不得不把16个芯片中的4个报废掉(即占这块硅晶圆的1/4 )。如果这块硅晶圆代表我们生产过程中生产的所有硅晶圆，这意味着我们废品率就是1/4，这种情况将导致制造成本的上升。
在无法对现在的制造进程进行实质性改进的情况下，我们有两个方法来降低晶体管报废率从而增加当前75%的良品率。其一就是改进我们的生产制程、优化加工过程，降低每块硅晶圆上的晶圆坏点密度。不过在我们讨论如何减少坏点密度之前，我认为应该花一点时间来让大家了解一下半导体的2个基本生产参数—硅晶圆尺寸和蚀刻尺寸。
当一个半导体制造者建造一个新芯片生产工厂时，你将通常看到它上在使用相关资料上使用这2个数字：硅晶圆尺寸和特性尺寸。硅晶圆尺寸是在半导体生产过程中硅晶圆使用的直径值。总的来说，一套特定的硅晶圆生产设备所能生产的硅晶圆尺寸是固定，因为对原设备进行改造来生产新尺寸的硅晶圆而花费资金是相当惊人的，这些费用几乎可以建造一个新的生产工厂。这样我们就无法随心所欲地增大晶圆尺寸。
你可能这样想像，硅晶圆尺寸越大越好，这样每块晶圆能生产更多的芯片。然而，硅晶圆有一个特性来限制制造商随意增加硅晶圆的尺寸，那就是在晶圆生产过程中，离晶圆中心越远就越容易出现坏点。因此从硅晶圆中心向外扩展，坏点数是呈上升趋势。半导体生产商们也总是致力于在尽量大的晶圆上控制坏点的数量，比如8086 CPU制造时最初所使用的晶圆尺寸是50mm，而现在英特尔已经开始使用300mm尺寸硅晶圆生产工厂生产新一代处理器。
至于蚀刻尺寸是制造设备在一个硅晶圆上所能蚀刻的一个最小尺寸。因此当你听见P4采用0.13微米制程时，这意味意指Pentium 4的晶体管尺寸最小可以做成0.13微米那么大，就是说这个加工厂在晶圆上所能蚀刻的最小晶体管尺寸是0.13微米。你将通常看见“蚀刻尺寸”和“晶体管尺寸”这两个术语是可以交换使用的，因为在一志集成电路上的最重要的特性就是晶体管。
8086有3u蚀刻尺寸，Pentium的蚀刻尺寸是0.8u，并且Pentium 4的蚀刻尺寸当前是0.13u，而目前英特尔的正在建造的硅晶圆厂能蚀刻0.09u的蚀刻尺寸。象硅晶圆尺寸一样，蚀刻尺寸也是被固定的，所有的硅晶圆制造厂都是按某几个特定的蚀刻尺寸来生产芯片。虽然在这篇文章中我们将进行关于蚀刻尺寸更多的谈论，但我们现在要指出的是—它是一个被固定的参数，也是不经常变化。下面我们将通过一个简单的例子，对硅晶圆尺寸和蚀刻尺寸进行更详细的说明。
从我们上面的叙述中大家可以看到，一旦制造厂建成，那么它使用的晶元尺寸和线路尺寸就相对固定了，因此在这种情况下增加制造厂产能，减小成本的方法就被限制在下面两个方案中间：
·减小晶元的坏点密度
·减小单个芯片的尺寸
现在，让我们回到1975年，看看Intel Fab1工厂的情况当时生产一个简单的CPU的过程。假设我们在这里要制造的处理器，它有4个基本的部件：一个控制单元，I/O单元，寄存器和一个算术逻辑单元(ALU)。为了能让这个CPU能更好地运行，我们假设在这个处理器里的电路上集成了10，000只晶体管。同样我们硅晶元工厂(在这里我们称Fab I)有能力在上面所述的16块硅晶元的每块芯片中容纳12000只晶体管。这想我们能想象得到一个处理器内部设计的复杂性。(小提示：在处理器设计上，“晶体管数”和“复杂性”实际上是同义词。许多晶体管的电路设计是复杂的，而少部份电路设计是简单的)
如果我们象生产单芯片那样生产所有处理器的话，因为坏点的存在我们不得不将仍掉其中的1/4。这意味着浪费很多的硅晶元，虽然我们知道我们能做得更好一些。(实际上，在现实世界中，达到75%的良品率已经是非常不易的事情。因为是例子的缘故，所以在这里姑且这样假设)另外的选择是分解处理器，它是一个大的复杂的电路，我们将它分解为4个CPU单元(2500晶体管/每芯片)联接在印刷电路板上(PCB)。
但由于废品率的因素，我们只好考虑把原设计的单芯片CPU分解为4个CPU单元，每个单元集成度为2500个微晶体管，然后再在CPU基板上把多个芯片单元连接成为一个CPU的方案替代原来的单芯片方案来制造我们的CPU，如下图：
图03
为什么我们将使用4个更小的芯片生产处理器而不使用一个大的芯片呢？看下图，在这里也象上面的硅晶元图示一样显示出坏点的位置和数量。然而现在，一个晶元上能生产的芯片数就比原来提高4倍 (或总共64块芯片)，其中每一块芯片包含1/4晶体管数(或总共3，000只晶体管)，而我们原来只能生产16块硅晶元芯片。
图05
当然，在这64块芯片中，仍然有4块属于有缺陷、被报废的芯片，但是最终的废品率却从25%下降到原来的1/4还多，良品率从原来的75%提升到了94%！当然如果能制造更小尺寸的芯片(蚀刻尺寸更小)，在某种程度之上我们将能在限制硅晶元的浪费数量。但是，这种方案的缺点是增加了芯片的封装费用，由于芯片数增加到4个，用于封装芯片以及制作连接芯片用的电路板的费用也随之增加。经过估算，采用4芯片设计虽然大大减小了废品率，但其最终费用仍然与高废品率的单芯片设计不相上下。
这样，为了降低成本，我们就必须全盘考虑单芯片设计和多芯片设计的各种优缺点。然后在其间找出一个最优化的平衡点，找出对我们最有利的方案。为此，我们绘制了下面的图表：
图06
图中左边的蓝色条代表废品率，蓝色条越高，代表废品率越高；右边的红色条代表封装费用，红色条越高代表封装费用越高。最终，经过最优化计算，我们得出最佳结果是采用2芯片设计，36个芯片/晶元，芯片集成度为5333个微晶体管/芯片。
图07
我们通过将处理器中的10000个晶体管一分为二：分成两个5000个晶体管的芯片，这样一块晶圆就可以生产出36块芯片。
图08
虽然在这里仍有4块芯片存在着缺陷，但在这36块芯片中良率达到了89%。虽然没有达96%，但这种双芯片设计架构仍是比较值得称道的。因此，产能与封装成本相抵，仍可以达到较低的总成本率。上图横坐标是芯片集成度(每个芯片的微晶体管数目)，纵坐标是与之相应的封装、废品折算等总费用，曲线的最低点是我们最终采用的。回到我们的主题—摩尔定律，你就会发现摩尔先生和我们的观点是如此相似。
现在根据上面的例子理解一下摩尔定律：“使换算后每个晶体管制造成本达到最低的集成电路芯片所含的晶体管个数每年倍增。”你就会对摩尔定律的本意有更深一层的理解了。实际上，各大CPU厂家，为了保持竞争力，就必须综合考虑成本、性能，在设计CPU，建立制造厂前，也和我们刚才一样需要考虑各种因素绘出成本曲线，计算出最适合自己的方案，而上面的曲线图正是摩尔先生综合考虑各厂家的实际情况所得出的结果。好，我们下面来总结一下影响成本曲线形状的几个因素：
·芯片每平方英寸能集成晶体管的最大数量
·晶元的尺寸
·晶元上的坏点密度(每平方英寸坏点数目)
·多芯片封装费用
经过以上的分析，我们应该明白摩尔先生的本意。是为了说明提高芯片集成度对降低PC制造成本，普及PC的重大作用，当然，提高集成度同时也暗示了性能的提高。把成本与提高集成度进行综合考虑；全盘考虑上面4个因素，而不是仅仅关注第1个因素，才不会产生对摩尔定律的误解。
需要强调的是，出于叙述方便的目的，我们上面例子中的数字，都是假设的，与实际情况相差甚大，实际上单个晶元能产出的CPU芯片数量都在100个以上。
二、摩尔定律对业界的两大影响
接下来我们将通过成本/整合功能方面来谈谈摩尔定律对业界的影响。在下面的描述中，我们根据功能的不同将处理器的内核划分成若干晶体管区块。
图09
如果我们以上面的整合10000个晶体管的处理器为例，将它划分成36个区块，那么每个区块有300个晶体管。
图10
1、在有限的内核空间内增加功能性
CPU内部功能单元日益增加，许多部件被逐步整合到单个CPU芯片上。在数量有限的内核区块内增加功能性是摩尔定律的延伸。摩尔定律最后也允许将处理器的所有功能(寄存器，ALU等等)统统统整合入单一内核内。比如，在286和386电脑系统中的X87浮点单元功能是由主板上的芯片提供，而在486DX系统中浮点单元已经整合处理器内核中。同样，SIMD功能在以前的一些工作站也是采用分离式设计—由独立的芯片所提供，而很快SUN在它的UltraSPARC系统中此功能也最终整合到处理器之内。当然我们也不要忘记了，由于Pentium比此前的486DX增加了一个ALU执行单元，而使它成为了英特尔第一款采用超标量体系架构设计的处理器。
在摩尔定律的影响下，随着制造工艺的不断进步，CPU设计师们的考虑方向已经从早期的“CPU最少需要采用几个芯片协同工作“转变为“单个CPU内部最多能集成多少额外的辅助单元。
图11
除了浮点单和SIMD指令外，L1、L2缓存的容量也水高船涨。在摩尔定律的影响下，随着制造工艺的不断进步，CPU设计师们的考虑方向已经从早期的“CPU最少需要采用几个芯片协同工作”转变为“单个CPU内部集成多少额外的辅助单元”。所有这些整合的单元不仅仅减小了封装费用，更大大增强了CPU的性能。这就更使人误认为摩尔定律是专门为提高系统性能而制定的，然而性能仅仅是摩尔定律关注的一个方面。
2、减少核心尺寸
与增加功能性相对的，就是减小内核空间晶管的密度，这样我们可以减少内核的尺寸大小。除了能增加产量外，减小核心尺寸最大的好处就是其他条件不变的情况下能够减小CPU的功耗。下图显示的是两个不同版本的处理器的功耗对比情况：
图12
左图为较大尺寸的核心，右图为由于集成度提高后保持内部单元不变而减小的核心。中间的是功耗条形图。我们可以看到，由于集成度提高，线路尺寸和芯片尺寸减小，损耗在线路上的能量减少，虽然集成度提高后由于单位面积里元件数目增加导致单位面积内的功耗增加，但是由于总面积的减小，最终的总功率仍然是减小的。不过，我们也不要忘记核心频率和CPU功耗也是息息相关的，更高的核心频率，CPU功耗也越大。
图13
从图中我们可以看出，虽然在集成度提高后内核尺寸有所减小，但频率的提升也让处理器的功耗水高船涨。
可以说，减小晶体管的尺寸可以为我们带来两个选择：一个可以增加处理器的功能性，二是减小处理器的内核尺寸。当处理器的功能性/复杂性保持一样的情况下，我们应该选择减小内核尺寸，这样我们可以增加处理器的工作频率或减小功耗。当然，提高集成度并不是提高CPU芯片内部晶体管数目的唯一途径，我们也可以通过增加芯片尺寸、增加晶元尺寸、减小坏点密度来实现同样的目的—虽然这样会使核心尺寸增大、CPU功耗上升。
摩尔定律本身，也并非仅仅局限于集成度。以上各种因素的作用下，在忽略了摩尔定律本质的思想影响下，CPU核心尺寸不断增大，同时集成度的增加又导致芯片功耗密度的增加，两者叠加在一起，最终导致CPU功耗的不断上升，CPU发热量不断增大，到这里我们不禁要问，摩尔定律还能走多远？
三、摩尔定律的未来：困难与希望共存
在摩尔定律提出3年后，英特尔公司诞生了。从它1971年推出第一片微处理器Intel 4004至今，微处理器使用的晶体管数量的增长情况基本上符合摩尔定律。
2002年11月美国《财富》杂志采访摩尔先生时，年已古稀的摩尔先生说：“开始时公司并没有把摩尔定律作为一个驱动力来看待，说老实话，我是直到10—15年前才能够启齿用摩尔定律来称呼它的。开始我们只是试图用我们认为合适的方法来推动存储器芯片电路技术的发展……起初我们仅仅是想尽快推进技术的发展，但后来发现，发展几乎总是沿着同一条曲线前进。要说我们真正地刻意按照定律推动技术朝此方向发展那是从最近几代技术才开始的。”
这表明芯片工业一开始就比较准确地遵循着这条定律的轨迹发展着。尽管当今这一技术进步的周期更接近18个月，但“摩尔定律”依然有效。基本上，摩尔定律已等同于技术的创新，以及不断地创造出新的功能与使用模式。
但也有怀疑人士指出，40年过去了，摩尔定律的未来遇到了种种挑战。
1、电泄漏及功耗
业界的怀疑者相信若将晶体管尺寸持续缩小，将会远比之前来的困难，尽管随着晶体管体积缩小，它会消耗更少的电力(缩减了电压)，但其电泄漏(leakage current，即使在晶体管“关闭”的情况下，也都会持续有电流通过)的情形也会随之增加。芯片上的晶体管越多，所浪费的电力也越多。另外，随着晶体管密度与速度的增加，整个芯片会消耗更多电力，并产生更多的热能。
也就是说，冷却技术的效率也必须提升，以便带走因设备密度以及电泄漏增加而产生的热能。困难的地方在于，即使是现在，研究人员在处理电力与热能的同时，还必须对抗晶体管缩小所带来原子架构的物理极限。这个问题(还有其它的因素)为整个硅晶产业带来了持续且巨大的挑战。
图15
从上图看来，Intel自己也并没有遵循摩尔定律：否则P4将包含6710亿个晶体管，而拥有2000万个晶体管的应该是Intel386而不是P3。Intel很快就重写了这个定律以使它和实际相符：晶体管的数目每一年半翻一番，而不是先前的一年。摩尔的不精确的措辞当然允许这样的改动。Intel的CTO—Patrick Gelsinger曾经声称：如果芯片中的晶体管数量以现在的速率一直增长下去，到2005年一个高端的处理器每平方厘米散发的热量将和一个核反应堆外壳持平，到2010年可以和火箭助推器相提并论，到2015年就要和太阳表面一样热了。这是一个工程师必须面对的一个大难题。
面对这个挑战，Intel积极致力于传统与非传统的技术，以打破对下一代运算突破所可能造成的阻碍。这其中包括了在材料、设计，以及封装上新颖且另人兴奋的技术。例如，在制程中，Intel希望通过应变硅(strained silicon)技术来克服电泄漏的问题，同时也探索晶体管的新结构(例如三门晶体管)与特殊的介电材质(例如被称做Hi-K材质的介电体)。Intel的其它创新，还包括了多核心处理器、超线程技术、执行指令追踪缓存 (execution trace cache)，以及增强型Intel SpeedStep 技术等，以应付架构上的挑战，并且在同时大大地提升了Intel平台的性能。
Intel相信要持续达成摩尔定律曲线的方法，在于解决从硅晶乃至于系统中各个层级的电力挑战。这必须结合封装技术、新的晶体管设计、改良后的新式印刷等划时代的科技，才能组成来年革新的完整解决方案。同时Intel对于新制程技术的发展蓝图，是一项为追求摩尔技术的未来实现的长程愿景。这计划解决了影响电力方程式的各项变因与生产问题。它包括了传统的CMOS制程，一直到非传统材质的研究，例如纳米碳管以及纳米碳线等等。
图16
纳米碳管
例如在两年前，Intel使用了应变硅技术，开发并部署了50nm制程技术的第一次量产，可在不减低现行性能的情况下以缩短电泄漏。接着Intel也准备好朝向65nm制程前进，通过改善过的第二代应变硅技术，晶体管的门长只有35nm—比人类红血球细胞的直径还要细小，可放入100个逻辑门。而在这之后呢？Intel已准备朝45nm、32nm，以及22nm制程的方向研究。
Intel最新的创新以及划时代的研究领域包括了：
·封装技术
包括了消除封装与芯片之间的锡突，因而可降低基板与核心芯片层级的厚度，并可做为将来的设备体积缩减的基础。
·晶体管设计
包括了新颖的三门晶体管，可降低电泄漏，并可减少行动设备上的电源损耗。
·新的介电材质
例如High-K，可较二氧化硅降低超过100个因子的电泄漏。
·超短紫外光(Extreme ultra-violet (EUV) lithography)
可使用13.5nm的波长，预期可用于小于10nm的印刷功能上。
·硅光学组件(Silicon photonics)
包含了世界第一个连续光波的硅组件雷射，可用来解决双光子吸收(two photon absorption)等之前无法克服的问题。
摩尔定律在新材料、新结构的支撑下似乎又走过了一关。但摩托罗拉先进产品研究与开发实验室主任Joe Mogab称，大家能否在量产过程中解决好高介电率材料的迁移率和保持门限电压问题，还要等到实际投产后才知道。而三门晶体管在量产上的难度，也还是未知数。
2、晶体管基本大小的限制
除了以上两个问题外，摩尔定律目前还需要面临另一个难题：晶体管基本大小的限制。如果晶体管仍然持续不断地变小，他们将于2010年变到一个原子那么大。任何纳米管和传统工艺都对这种情况没有办法。当然摩尔于90年代提出了一个限制：认为摩尔定律到2017年将会失效。
事实上，英特尔已经借助超短紫外光微影(extreme ultra-violet lithography，又称为“EUV”)取得了电路密度倍增的另一项突破。今日大多数先进微影技术都受限于可见光的波长，也就是400—650nm。相对而言，EUV微影则使用13.5nm的波长，因此可做出10nm以下的印刷功能(相较下，Intel现行量产技术为50nm)。这空间上的微缩，可让Intel持续达成摩尔定律的预测目标。
当然，若要让EUV(以及其它先进技术)成为可行的制造技术，还有一些有趣的挑战有待克服。例如，EUV光线会被玻璃吸收，因此诸如镜头、镜子材质等即必须使用替代品。另外，由于EUV光线无法穿越玻璃光罩，因此必须使用反射光罩以便在局部区域反射光线，并在其它区域吸收光线，以便将电路有效地传送到晶圆上。
Intel的研究人员与工程师已做好解决这些问题的准备，并为硅晶工业带来划时代的先进科技。但是，如果要实现Intel承诺的预言—在2010年能够在显微镜底下把这么一个晶体管装到包含着数十亿个晶体管的处理器上，他们还有很长的一段路要走。
图17
传统的个人电脑可能会被量子、生物或者光学个人电脑等取代，但是它们并不能拯救最初是针对集成电路的摩尔定律。那么，摩尔定律灭亡了吗？应该说的确是这样的。对于摩尔定律的争论是有价值的，每18个月番一番的定律已经不在适用。
3、摩尔定律未来将会如何？
四十多年的创新已让摩尔定律实现，但是Intel确信将来会变得更美好。到了2015年，Intel梦想每个处理器芯片中将含有数十甚至数百个核心。这些核心可同时执行数十、数百，甚至数千个线程的业务。
Intel现在甚至在研究三维(3D)芯片以及晶圆堆栈技术，它可将设备密度由数百至数千个针脚，扩展成百万甚至是千万个连结。这可以大大地提升内存至处理器间的连结性，以达成Intel将来多核心架构所需的带宽。Intel研究员及技术与制造团队的技术策略总监Paolo A. Gargini曾说过，“摩尔定律的重要，不只是带领硅晶产业的单位数量，更是我们过去四十年来的成绩，也是我们对未来的可能性。”
我们不知道未来十年世界会如何变化，但对于处于Intel中的我们，可以想象其可能性。而我们的专注会持续放在划时代技术的研究上，以达成今日乃至于明日的应用模式。这包括了计算机与通讯的结合，家庭与企业应用的持续加强，以及全球科技利益的延伸。
结语：
目前，大规模芯片生产已达到0.09微米工艺，微电子工业发展每下一步的线宽大约是前一步的0.7倍，其后是0.065微米、0.045微米、0.032微米……如果芯片生产仍然能以3年翻一番的速度发展，那么在十几年之后，就必然会面临硅芯片技术的物理极限。摩尔定律是否已经遭遇到挑战了呢？其实不然，从发展的角度来说，即使硅芯片技术达到了极限，人们还会发明其他的替代技术；即使英特尔公司走到了终点，还会有其他的公司接上来……
换个角度说，摩尔定律仅仅是集成电路晶体管数量发展的规律，仅此而已！
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