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摩尔定律失效后,电子行业的高成长将成为历史

(2013-12-09 12:59:16)
标签:

摩尔定律

电子行业

天花板

瓶颈

分类: 大势观点
    这几年无疑是电子科技股大获全胜的几年,不说美国,即便是在中国,依然走出来很多牛股。电子产品变得越来越轻薄,性能也越来越高,苹果从ipod、iphone、ipad开始开创了电子产品的新时代,如今手机、PC、pad、储存设备、显示设备、可穿戴设备等都在高速发展中。但是我一直在思考,电子行业高速发展会一直持续下去吗?电子产品的天花板在哪里?

    先说说自己最近买电脑直观感受家里的台式机用了5年了,速度非常的慢,于是前段时间去买了一台新的电脑。虽然不是什么发烧友,不过买回来后我还是去跑了跑分,跑完分之后和一朋友两年前买的电脑比较了一下(他当时也算是中高端配置),我想,毕竟两年过去了,不论是显卡还是CPU现在用的都是新一代的技术,性能分数我应该是更高的,但对比结果之后才发现,我朋友的机器分数比我高,这我还是有点吃惊的。由于本人5年没有接触过电脑的配置了,显然我的思维还停留在5年前,我清楚记得5年前,买电脑别说差两年,就是差半年时间,性能和价格就差好多。而现在时间带来的差距变得小得多,不仅仅是性能,连价格下降的速度都越来越慢,比如两年前的主流CPU是i5,现在依然是i5,很少人用i7。而i5 的价格这两年下降的速度很缓慢,显卡中N卡的5系6系中高端品种(560之后)也是一样,这两年来主流的性能并未提升太多,价格下降的也并不多,而内存、硬盘、主板这样的配件甚至有的价格不跌反涨。通过这次的买电脑我对电子行业未来发展有了一个直观的认识,从我个人的例子能说明:这几年个人端PC的更新速度正在急速放缓,并且整个电子行业的增速也开始放缓。而这一切的原因归结于摩尔定律的失效。

    摩尔定律是指当价格不变时,集成电路上可容纳的晶体管数目,约每隔18个月便会增加一倍,性能也将提升一倍。换言之,每一美元所能买到的电脑性能,将每隔18个月翻两倍以上。所以由于这种指数型增长的模式,也让电脑性能越来越强大的同时售价也越来越便宜。 

    但,不可否认的是,摩尔定律将在这几年开始失效。原因很好解释,比如CPU主频是和cpu内晶体管集成程度相关的,因为晶体管的集成技术已到达纳米的最高端,所以瓶颈已经出现了,可以这样说,CPU单纯的频率目前已经达到极限(这也是为什么这两年家用PC的CPU几乎原地踏步)。

    保守的估计,2018年我们可以进入16纳米的工艺,或许可能还可以再有一或两次的工艺进步,但这已经是极限了。Intel的技术策略总监Paolo Gargini曾表示:16纳米是根本的极限。虽然一般研究员提出晶体管的扩充即将告终的理论并不是什么新鲜事,但是这样的宣告由英特尔提出却是相当罕见的。现今电脑在外型大小、省电性,以及性能上的诸多要求,迫使半导体制造商必须竭尽所能的重新思考产品的设计,同时还得努力将所有的研发及设计力量集中起来。这个问题的解决,可以说是整个产业的主要目标。问题的关键在于缩小晶体管。然而,随着缩小达到极限(16纳米),制造商必需找到其他方法才能保持摩尔定律,但就目前来看似乎是不可能的任务。 

    具体来说这个瓶颈:芯片所面临的问题可以总结为“差别”与“控制”。晶体管基本上是微小的控制开关,里面包含了“源极”(source,电子的源头),“漏极”(drains,电子的去处),以及专门控制通道内的电流以及连接源极和漏极的“闸极”(gate)。 当电流从源极流向漏极时电脑就将他读为“1”;当电流不流动时,晶体管就读做“0”。数以百万计的这些活动总结为个人电脑内的资料,因此,若要让这些活动产生可靠的结果,一定要能严格格控制好闸极与通道。 然而,当闸极的长度小于5纳米时(一纳米等于十亿分之一米),就会开始产生隧道效应(tunneling effects)。由于源极和闸极会非常接近,因此电子将会自行穿越通道。

    Garnini以小路碰上瀑布来比喻这个现象。如果不知道瀑布有多深,大家就会绕道而行;如果水幕只是薄薄一层,大家就会直接穿越它。 他表示:“如果你设了屏障,电子会有一定距离的穿透。”“一但两个区域的距离够近,由于隧道效应的原因,电子将会从A走到B,就算闸极上没有电压。” 这时候,晶体管就变得不够稳定,无法成为基本资料的根源,因为其“自发传输”(spontaneous transmission)的机率大概是50%。换句话说,海森堡的“不确定定理”(uncertainty principle)就会开始发生作用,电子的位置就无法精确的预测。 

    以16纳米工艺技术所生产的芯片,其晶体管的闸极距离大概就是5纳米。就报告来看,每隔两年会进入新的工艺。2013年我们正式进入16纳米工艺,2015年将进入更小芯片的极限。不过,近来制造商在跨入新工艺的速度上有趋缓的趋势。若以三年为期,5纳米芯片的极限可以维持到2018或2019年,大约2021年进入障碍。

    大概率情况下,再过几年,最终电子行业和消费行业一样,会进入一个稳定增速的区间,高速发展将必定成为历史。

    欢迎专业人士指导和拍砖。

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