摩尔定律尽头的计算科学

彭砚淼

摩尔定律，由英特尔（Intel）创始人之一戈登·摩尔（Gordon Moore）提出，其内容为：当价格不变时，集成电路上可容纳的元器件数目，约每隔18～24个月便会增加一倍，性能也将提升一倍。这一定律揭示了信息技术进步的速度。

自上世纪60年代以来一直被IT 行业推崇为“圣经”并依赖其发展的摩尔定律正在走向终结，面临“夕阳时刻”，半导体行业将何去何从？第30期“理解未来”系列讲座邀请全球公认的计算机领域最优秀的学者之一、美国加州大学计算机系讲席教授丛京生先生，从专业的角度向公众讲述摩尔定律的起源、发展、巅峰，以及在如今的“终结”时代，半导体行业应该以什么样的心态来迎接这个必然现象，又该如何积极应对随之而来的机遇和挑战。

从计算机的工作原理出发，讲座首先回顾了电子计算辉煌的发展历史：电子被发现，计算机科学和人工智能之父图灵的电子计算机研究，使用电子开关的ENIAC问世，摩尔定律在计算机上应用。丛京生指出，摩尔定律预示着每两年微处理器的晶体管数量都将加倍——意味着芯片的处理能力也加倍。这种指数级的增长，促使计算机向更先进、更轻便、更小巧的机器的转化，然后又孕育出了高速互联网、智能手机和现在更互联、更智能的应用。

在以创新著称的计算机行业，随着芯片制造商的电路精度越来越高，能容纳的原子数量越来越少，遵循了几十年的以摩尔定律为中心的行业研究规划蓝图将面临必要的改变。全球半导体行业不再基于每两年实现性能翻倍的概念来制定硅芯片研发计划，原因就是无力承担跟上性能提升步伐所需购买的超复杂制造工具和工艺成本。此外，当前的制造技术可能无法再像原来那样大幅度缩小硅晶体管。

在摩尔定律面临失效的当下，计算行业该如何迎接新时代？丛京生认为，晶体管数量和芯片的处理能力将不再局限于在摩尔定律的设定，呈倍数的阶梯级增长，而是可以定制架构。再者，3D技术、神经形态的计算和量子计算的加入也会给这个新的时代注入新的血液。

中国科学院计算技术研究所研究员徐志伟，清华大学微电子与纳电子学系主任、微电子学研究所所长魏少军，联想集团副总裁黄莹与丛京生教授共同探讨了在摩尔定律失效后的计算科学发展方向，以及使计算性能持续增长的其它途径。对于理解摩尔定律，徐志伟认为，技术的发展绝不像我们想象的过程，其应用范围要跳出自身原先的思考维度，“可能我们对摩尔定律的理解要放寬一点，因为我们业界之外的人也都在广泛引用摩尔定律，比如大数据行业也会说每18个月数据会翻一番。”

在数据指数增长的时代，对计算的要求只会越来越高，应用也会越来越广。魏少军指出，未来计算是无处不在的，“这是一个大的前提，其实这个地方讲到的计算是广义的计算。第二，应用的多样化也是一个重要的趋势。毫无疑问，以人工智能来看，我们看到互联网企业走得比较靠前。”

黄莹也认同应用和计算能力两者是相辅相成的，“比如5G出来以后，不管它最终的结果如何，都会对通信速度有1000倍的提升。它也会把很多设备之间的互联做很好的交互。”

担任对话主持的华创资本合伙人、未来论坛青年理事熊伟铭归纳说，千年来技术一直在进步，从宏观的角度看，我们也始终都在前进，只是每一个阶段遇到特定的环境，我们遇到的机会可能是不一样的。摩尔定律的尽头，相信未来将有更多的新机遇在等待着我们。endprint