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知料丨英特尔创始人去世,“摩尔定律”光辉闪耀50年

更新时间:2023-03-26 10:41:15作者:cblsl
作者丨邱晓芬

编辑丨苏建勋

英特尔联合创始人戈登·摩尔于当地时间3月24日去世,享年94岁。

作为一名科学家,戈登·摩尔提出了影响半导体行业50年的“摩尔定律”,带领经芯片晶体管数量从几千个到十几亿的跨越。他又不仅仅是一名出色的科学家,如他的追求所言,探寻科学精神在商业世界的落地。

于是,在他的职业生涯中,经历了从肖克利实验室“叛逃”到仙童半导体,再到创办英特尔,带领英特尔从存储芯片巨头到开启PC时代的传奇。

知料丨英特尔创始人去世,“摩尔定律”光辉闪耀50年

英特尔官网发布的讣告

一条小小的摩尔定律,成就了英特尔成为市值千亿的公司,驱动着半导体行业发展。

摩尔定律本质上给半导体行业玩家划定了一条生死线。如果企业不能在18个月的周期内完成一次性能完美升级,将会被行业竞争对手淘汰。

市场的充分竞争,受益的永远是用户。单位面积芯片晶体管数量越来越多,芯片的计算速度才会越来越快。叠加在芯片上的功能日益丰富,电脑也从只能进行简单运算、并且需要一整个屋子的占地面积,进化到如今能掌上办公/娱乐等等的计算平台。

但更重要的是,在摩尔定律的带动下,存储芯片在内的半导体价格每年以30%的幅度下降。戈登·摩尔所开启的半导体平价化时代,裹挟着信息时代和当代经济,滚滚向前。

《摩尔神话:硅谷数字革命先驱的传奇人生》一书中这么写道:人类的技术史上,硅晶体制造带来的革命性影响,与蒸汽铁路、汽车、飞机比肩。如今的人从没惊叹于半导体史无前例的增长节奏,因为他们对于这种增长早已司空见惯。

戈登·摩尔已逝,半导体所驱动的信息世界永不落幕。他的宝贵遗产,“摩尔定律”的光辉闪烁了五十年,至今,光芒依旧。

数度叛逃,“淘气孩子的奇迹”

对于获得化学专业学士学位、又手握物理学博士学位的戈登摩尔来说,他的追求是,所学能够不止停留在象牙塔,还要发挥出知识相应的价值。

但这在他的职业生涯早期,落地路线并不清晰。戈登·摩尔从加利福尼亚大学毕业后的第一个去处是,在约翰斯普金斯大学的应用物理实验室工作,观察的方向是“红外线吸收形状”。

从事基础物理研究的他,彼时收入颇丰。戈登·摩尔将精密计算的习惯也用在了职业生涯思考上:发表一篇论文,一个单词能帮他创造5美元的收入,这让他生活无忧,却十分彷徨。

两个疑问在心中浮现:“谁会读这些文章?政府和公众如何从这些文章中获得相应价值?”于是几年后,戈登·摩尔在收到集成电电路发明者威廉·肖克利的邀请后,很快加入了他的半导体实验室。

天才科学家一直是投资机构热捧的对象,但当实验室技术想要落地到商业世界,创业者往往需要补充产品思维、销售能力等等——这并不是擅长理论研究的科学家所擅长的。

肖克利尽管是一名伟大的科学家,但是他的实验室在持续了多年依旧没有合适的产品推出,管理风格又过于暴躁,于是折戟在泥泞的商业世界中。

将技术与商业思维结合,是戈登·摩尔在肖克利半导体实验室最大的收获,并且贯穿在他日后的创业生涯中。在这间实验室,他的另一项意外之喜是,遇到了日后共同创办英特尔的合作伙伴罗伯特·诺伊斯。

1957年,戈登·摩尔以及罗伯特·诺伊斯,还有实验室的另外六位科学家,决定“叛逃”,创办了仙童半导体公司。没有人想到,肖克利当时嗤之以鼻的“硅谷八叛徒”,日后成就了如今的硅基半导体世界。

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硅谷八叛徒 图片来自网络

在仙童半导体公司,摩尔做的方向是在他们肖克利实验室并不被采纳的尝试——用硅基材料代替锗基材料制造半导体。相比于锗材料,硅基材料更稳定、原材料也更易得。

这家被人们称为“淘气孩子的奇迹”的公司,创造了奇迹。在仙童半导体公司,摩尔等人将硅晶体管用在了IBM公司的电脑存储器上,成立的短短十年间,这家公司的营业额已经接近2亿美元。在当时,这是一项天文数字。

不过,1965年摩尔无意间的一项发现,彻底改变了他的命运。他决定再一次叛逃。“淘气孩子的奇迹”再次延续。

一条定律,造就的千亿市值公司

1965年第35期《电子》杂志上一篇短篇论文,又一次改变了半导体的历史。

摩尔在文中大胆预测,集成电路上的电子管将会越变越小,因此数量每2年就会翻一倍。随后,他又进一步做出更加精准的预测,将“2年”的表述改为“18个月”。

与摩尔定律相对应的是,谷歌的前CEO埃里克·施密特的反摩尔定律,指出了,如果一个IT公司今天和18个月后卖掉同样多的产品,那么他的营业额就要降一半。

这两项定律,为所有的半导体公司指定了正确的研发节奏和思路。

仙童半导体公司的盛况没有持续太久。1968年,在加州一栋破旧的楼房中,摩尔和诺伊斯成立了英特尔公司,依旧延续了硅基存储器的方向。摩尔也尝试将摩尔定律融入到了新公司的商业模式中。

在摩尔定律的指导下,英特尔找到了一个绝佳的发展模式:每年都会投入大量的钱用于技术创新。每18个月,这家公司的产品就会有一次颠覆式创新,通过技术创新,公司从市场上收割高额利润,再滚动投入下一次的研发周期。

摩尔深知,只有“自我革命”,才能在激烈的市场中站稳脚步。在“摩尔定律”的驱动下,英特尔从64位双极处理器开始做起,一年之内,又推出了256位大容量半导体,18个月内,又推出了更大容量的1KB存储器芯片。

这些芯片的价格更便宜且存储信息量更大,存储的时代从以前熟知的磁带存储,切换至半导体存储。成立短短4年间,英特尔的销售额就超过了2000万美元。

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图源 东方IC

保持摩尔定律并不是英特尔牢不可破的壁垒,存储芯片的竞争向来风起云涌。

存储器芯片市场有着明显的大宗商品特点,终极赛点是存储容量和价格,因此各家产品的差异度不高,市场用户的忠诚度也不高。存储芯片的巨头宝座在过去数十年的频繁流转也可以证明这一点——从美国到韩国、日本、再到如今美日韩三国鼎立。

存储芯片第一波竞争,序幕是在上世纪八十年代年拉开的。在英特尔推出的8087芯片之后,日本公司松下很快拿出了一块包含晶体管元件更多、造价更低的芯片。

东亚的举国之力,存储芯片力量迅速崛起,成为英特尔成立以来最大一次挑战。不过,在摩尔看来,改变正恰恰是人生最快乐的事情。

在摩尔的主持下,英特尔做了一项艰难的决定:将发展重点从存储芯片切换到PC。这次惊险一跃,日后也被证实是一项极其正确的转型。

从80836处理器开始,英特尔在1987年成功推出比IBM的个人计算机运算速度快数倍的836计算机,到了1993年,英特尔又推出了自己的第五款CPU产品“奔腾”。

此后,“奔腾”CPU和微软的windows95实现软硬件绑定,win-tel联盟是一道铜墙铁壁。有了微软的支持,英特尔的芯片席卷全球,成为最大的芯片制造商。

“奔腾的芯”,让摩尔主导的英特尔在几十年间,避开了日韩存储芯片的锋芒,专注于引领PC时代的飞速发展。

当然,英特尔的成功并不仅仅只是摩尔一个人的功劳。

摩尔把握住了摩尔定律,罗伯特·诺伊斯则惊喜启动了晶体管制造的外包模式,安迪·格鲁夫则承担着起前两者并不擅长的公司管理,把握航向。英特尔三巨头的组合,使得英特尔能够在很长一段时间内,用低价格推出性能改进芯片,并且找到了够消化这些芯片的消费电子市场。

这家公司的成功,是技术、商业、管理的合力结果。

寻找下一个摩尔

戈登摩尔所提出的摩尔定律,是这场半导体革命的推手,戈登·摩尔本人也成是最终的赢家。2020年,戈登·摩尔以103亿美元的财富,位列《2020年福布斯美国富豪榜》第48位。

但是,在提出摩尔定律之初,摩尔对于定律的生命力略显谦虚。他一度认为,摩尔定律不会一成不变。“每隔10-15年就会变化一次",尤其是随着半导体晶体管在有限面积上呈现指数型增长的情况下——在过去的五十年间,在摩尔定律推动下,芯片上集成的晶体管从几千激增到十几亿。

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戈登·摩尔 图源英特尔官网

如今的摩尔定律尽管还在发挥作用,局限性已经日益凸显。

首先,芯片迈进4nm甚至更小的尺寸,已逐渐逼近物理极限,不管是与此匹配的光刻技术、信号处理能力等等参数,都难以在极小尺寸上正常发挥。进入量子领域之后,原来传统物理学的理论即将失效。

其次,从经济的角度,后摩尔时代下,先进制程生产成本也是企业难以企及的。先进制程对于芯片的生产环境、设计、调试的要求也更高,成本也在呈现指数型增长。

数据显示,一条 90nm 制程芯片的生产线建设成本为20亿美元,而20nm的芯片,成本达到 67 亿美元,翻了三倍多。

此外,还有需求问题。就算有企业愿意持续砸钱攀登摩尔定律极限高峰,行业还需要找到手机之后、能装下这些先进芯片的消费电子领域。而对于多数企业来说,中等处理器大部分已经能够满足当下的大部分需求。

伴随着戈登摩尔在2006年退休、离开英特尔舞台,英特尔的摩尔时代似乎正在逐渐翻篇。在后摩尔时代,英特尔在芯片制程的更新迭代时间,甚至是命名方式都出现了一定的灵活调整。

肉眼可见的是,英特尔在先进制程上的追赶速度变慢了。英特尔曾今用“tick-tock”模式概括自己的先进制程工艺追赶进程,这个名称源于时钟秒针行走时的声响,一个“tick”代表更新制程工艺,“tock”表示架构提升。

在戈登·摩尔退休后的第八年,正式进入14nm时代的英特尔,将18个月的更新周期调整为了3年,在原来的“tick-tock”模式中,增加了一年的芯片优化器。而实际上,事实是,英特尔实际的10nm的技术从2017年拖到2019年,7nm也从2019年拖到2022年下半年投产。

甚至在2021年,英特尔推翻了先进制程的命名方式,放弃“纳米”转向“埃米”,用Intel 7、Intel 4的称呼来代指原来的10nm、7nm技术。

戈登·摩尔留下的遗产,在英特尔内部依旧有效。英特尔CEO帕特·基辛格此前在接受媒体采访时表示——对于未来十年走向超越1纳米节点的创新,英特尔有着一条清晰的路径。“在穷尽元素周期表之前,摩尔定律都不会失效。”

但摩尔所创办的英特尔,还在等待下一个摩尔,以及后摩尔时代之下,正确的生存姿态。

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