摩爾定律最初只是隨口一提的預(yù)測(cè)，后來卻成為現(xiàn)代計(jì)算領(lǐng)域最重要的法則之一 —— 但它究竟預(yù)言了什么？如今是否依然適用？

1965年，當(dāng)戈登·摩爾（Gordon Moore）被邀請(qǐng)為《電子雜志》35周年撰寫文章時(shí)，他并不十分熱情。"我接到的任務(wù)是預(yù)測(cè)未來十年硅元件的發(fā)展，"他在40年后回憶道。但作為飛兆半導(dǎo)體（Fairchild Semiconductor）的研發(fā)總監(jiān) —— 這家公司曾在1959年開發(fā)出突破性的平面晶體管 —— 摩爾完全有能力評(píng)估這短短六年取得的進(jìn)展。

摩爾特別注意到，飛兆半導(dǎo)體每年都能將芯片上的晶體管數(shù)量翻倍 —— 從最初的2個(gè)增加到60個(gè)。于是他"粗略地外推了十年，預(yù)測(cè)到1975年，單個(gè)芯片將容納約6萬個(gè)元件。"換句話說，晶體管數(shù)量每年翻倍的趨勢(shì)將持續(xù)下去。這個(gè)預(yù)測(cè)簡(jiǎn)潔易懂，最重要的是 —— 它成真了。

這一觀點(diǎn)很快被稱為摩爾定律，并在1975年前基本成立。（嚴(yán)格來說，十年間晶體管數(shù)量翻了九倍，而非十倍。）考慮到未來的復(fù)雜性，摩爾將預(yù)測(cè)修正為每?jī)赡攴环?/strong>。令人驚訝的是，在接下來的40年里，這個(gè)預(yù)測(cè)再次（大致）準(zhǔn)確。他唯一的失誤是低估了速度 —— 實(shí)際平均每21個(gè)月就會(huì)翻倍。

摩爾的自證預(yù)言

摩爾定律成功的原因之一是它成為了芯片設(shè)計(jì)者的指南 —— 幾乎是一個(gè)目標(biāo)。這對(duì)英特爾（Intel）尤其重要，這家公司由戈登·摩爾和羅伯特·諾伊斯（Robert Noyce，平面工藝的發(fā)明者之一）于1968年創(chuàng)立。摩爾和諾伊斯看到了集成電路的潛力，而受經(jīng)濟(jì)衰退影響的飛兆半導(dǎo)體卻顯得保守。

1971年，英特爾推出了首款重磅產(chǎn)品：4004微處理器，內(nèi)含2300個(gè)晶體管，每個(gè)僅10微米厚 —— 比人類頭發(fā)細(xì)五倍。十多年后，英特爾發(fā)布80286處理器，晶體管數(shù)量增至13.4萬個(gè)，尺寸縮小至1.5微米（因此被稱為"1.5微米工藝"）。這些進(jìn)展完全符合修訂后的摩爾定律。

回顧1980年代、1990年代和2000年代初，技術(shù)進(jìn)步似乎一帆風(fēng)順 —— 畢竟摩爾定律仍在生效。但這背后是一系列重大突破，每個(gè)突破都解決了當(dāng)時(shí)看似無解的問題。

有些突破基于材料科學(xué)，例如改進(jìn)摻雜技術(shù)（向半導(dǎo)體注入雜質(zhì)以控制導(dǎo)電性），或1980年代中期互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體（CMOS）技術(shù)的誕生，降低了功耗和發(fā)熱。另一些突破來自制造工藝，例如極紫外光刻（EUV）的發(fā)展，使芯片能在更小的晶圓上蝕刻更精細(xì)的電路。

創(chuàng)新并未止步。我們前文提到的平面晶體管（晶體管排列在同一平面上）在2012年迎來了革命性升級(jí) —— FinFET（鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管），使摩爾定律重獲新生。英特爾第三代酷睿i3、i5和i7處理器采用22納米工藝，單個(gè)芯片可容納14億個(gè)晶體管。

這些創(chuàng)新讓摩爾定律延續(xù)至今，但一個(gè)看似無解的問題正在逼近 —— 物理極限。

為什么"越小越好"不再成立？

人類頭發(fā)約50微米厚，灰塵顆粒約5微米，細(xì)菌（如支原體）約0.5微米。而現(xiàn)代晶體管已縮小至0.005微米（5納米），接近原子級(jí)別 —— 硅原子間距約0.235納米，5納米空間僅能容納約21個(gè)原子。

最新的CPU制造工藝已從5納米推進(jìn)到2納米，這意味著晶體管通道寬度僅剩8個(gè)硅原子的間距。此時(shí)，量子力學(xué)效應(yīng)（如量子隧穿，導(dǎo)致電子泄漏）開始主導(dǎo)，而這正是晶體管最不希望出現(xiàn)的現(xiàn)象。

因此，單純的"縮小尺寸"已不再可行。如今，芯片設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)向多核架構(gòu)，通過任務(wù)分配提升性能，而非一味追求晶體管微縮。

摩爾定律還有意義嗎？

簡(jiǎn)單來說，傳統(tǒng)意義上的摩爾定律已經(jīng)失效 —— 每?jī)赡昃w管數(shù)量翻倍的時(shí)代早已結(jié)束。但摩爾定律的精神仍在推動(dòng)計(jì)算技術(shù)的發(fā)展，尤其是在我們對(duì)性能提升的期望從未停止的今天。

試想，如果摩爾定律預(yù)測(cè)的是"每十年翻倍"，那么我們可能仍停留在1980年代的計(jì)算機(jī)水平，史蒂夫·喬布斯（Steve Jobs）也無法在2007年發(fā)布iPhone，開啟智能手機(jī)時(shí)代。

如今，不僅是消費(fèi)者，科技公司的董事會(huì)也在要求這種進(jìn)步節(jié)奏。這正是近年來神經(jīng)處理單元（NPU）興起的原因 —— 它們能執(zhí)行傳統(tǒng)CPU無法勝任的本地人工智能（AI）任務(wù)。目前，NPU可用于照片背景人物消除等簡(jiǎn)單功能，但這僅僅是開始。

NPU如今已成為焦點(diǎn)，數(shù)據(jù)中心中強(qiáng)大的NVIDIA芯片驅(qū)動(dòng)著ChatGPT、Midjourney等AI服務(wù)，而我們正逐漸依賴這些技術(shù)。個(gè)人AI助手似乎也近在咫尺，未來十年或?qū)⒂瓉砀箫w躍。

我們還無法確定這些突破將如何實(shí)現(xiàn)。但可以確定的是，大學(xué)實(shí)驗(yàn)室和英特爾等巨頭的研發(fā)部門正在探索?；蛟S某天，某個(gè)實(shí)驗(yàn)室能找出在更小空間內(nèi)塞入更多晶體管的方法 —— 或者徹底拋棄晶體管，轉(zhuǎn)向全新計(jì)算范式。

無論如何，摩爾定律的精神仍在 —— 它代表著對(duì)技術(shù)進(jìn)步速度的期望。從DeepSeek到Meta再到OpenAI，每一家科技公司仍將其視為指引。

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