摩尔定律尽头的计算科学:晶体管数量和芯片处理能力已呈倍数阶梯级增长

在摩尔定律失效的当下,计算行业迎来了新时代。晶体管数量以及芯片的处理能力将不在局限于在摩尔定律的设定中,呈倍数的阶梯级增长;3D技术、神经形态的计算和量子计算的加入也会给这个时代注入新的血液。

从上世纪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。在摩尔定律步入夕阳时刻的半导体行业将何去何从?本期理解未来系列讲座邀请到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校长讲席教授丛京生先生,从专业的角度向公众讲述了摩尔定律的起源、发展、巅峰时刻以及在如今的“终结”时代,半导体行业应该怎样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?

此次讲座中,丛京生教授以计算机是怎么工作的为出发点,回顾了电子计算辉煌的发展历史。从图灵开始代替人类做计算的工作,到发现电子,再到使用电子开关的ENIAC问世。接下来,丛教授介绍了摩尔定律以及摩尔定律在计算机上的应用。他指出,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,促使计算机到更先进、轻便、小巧的机器的转化,然后又孕育出了高速度的互联网、智能手机和现在的更互联、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的越来越高,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。

丛教授紧接着向大家介绍了在摩尔定律失效的当下,计算行业迎来了新时代。他认为:晶体管数量以及芯片的处理能力将会不在局限于在摩尔定律的设定中,呈倍数的阶梯级增长,而是可以定制的架构。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。

在接下来的对话环节中,华创资本合伙人、未来论坛青年理事熊伟铭先生主持了对话。并和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以及发表主旨演讲的丛京生教授一起探讨了在摩尔定律失效后的计算科学发展方向,以及还能有什么方法能够让计算性能持续增长。对于摩尔定律的理解,徐志伟觉得技术发展绝对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宽一点,因为我们业界之外的人也都在广泛引用摩尔定律,比如做大数据的也会说每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,魏少军也指出未来计算是无处不在的,“这是一个大的前提,其实这个地方讲到计算是广义的计算。第二个,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的比较靠前。”同时,联想集团副总裁黄莹也觉得应用和计算能力两个是相辅相成的,并举例说“比如5G出来以后,不管它最终的结果如何,都会对通讯速度有1000倍的提升,它也会把很多设备之间的互联做很好的交互。”熊伟铭说,技术几千年都在演进,从宏观的角度我们都在一步步往前走,只是每一个阶段遇到特定的环境,我们可能遇到的机会是不一样的。摩尔定律的尽头,各位嘉宾给出的答案各有想法,但其中看准的都是未来更多的新机遇。

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