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如果明年沒有新iphone,摩爾定律的盡頭

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如果明年沒有新iphone,不止明年,後年,大後年,以後也不會有,不單止沒有iphone,所有智能電話,平版,手提電腦,甚至所有科技產品,都不會推出新一代,就算出了功能也與舊年的一樣,只不過改外殼轉個顏色,那會是一個怎樣的世界呢?我們習慣了科技產品不斷推陳出新,早幾年智能電話仍是單核,現在低階機也有雙核,旗艦級更是四核甚至八核。科技產品每過兩年功能倍翻,我們視之為理所當然的事,可是科技產品不可能永無止境,幾何級數的提升性能,而盡頭也許比我們想像的近。

過去半個世紀電腦的飛快發展,可謂全靠Intel創辦人Gordon Moore提出的Moore’s Law(摩爾定律)。摩爾定律有很多不同版本,全部的大意都是說,每十八個月(有一說法是兩年),半導體的功能會翻增兩倍,或曰同一大小晶片能放兩倍的運算單元,相同的成本能獲得兩倍的運算能力。摩爾定律並不是物理定律,只是Gordon Moore對科技行業的觀察,因為科技公司競爭激烈,要在行業中生存,只有不斷研究創新,搶先推出比對手更快更好的產品,於是摩爾定律成為自我實現的預言。

新一代電腦比舊一代快,主要是因為半導體技術進步,晶片邏輯閘的越縮越細小。用Intel的CPU舉例, 二十年前第一代Pentium,晶片上每個邏輯閘的大小是800nm(納米),今年最新的Core i3/5/7,邏輯閘只有22nm,二十年之間半導體技術足足縮小了三十六倍。隨著邏輯閘越來越微小,每個邏輯閘只有幾個分子的大小,已接近物理極限,不可能續繼縮小下去。科學家們一至公認,傳統基於矽的半導體,最小只能夠去到5nm,再細的話傳統物理學並不適用,進入未知的量子物理學的領域。

除了純科學技術上的問題,更大的問題是經濟學上的阻力。每一代晶片工廠造價越來越貴,例如Intel最新的14nm晶片工廠,便花費了五十億美元的天價,而且還問題多多,遲了成年也不能投產。未來除了Intel,台積電,三星等少數業界巨頭,恐怕沒有多少間科技公司,有財力興建10nm以下的晶片工廠。以往推出每一代新晶片技術,都令晶片的運算成本下降,所以科技公司也樂於投放資源於新一代技術。可是這個下降趨勢在28nm到22nm停止了,22nm的成本與28nm大約相同,而14nm的成本預計會不跌反升。這一來很多科技公司會因成本考慮,會選擇停留在28nm或22nm技術,少了公司攤分14nm的開發成本,簡接令14nm晶片的造價更加昂貴,而這個問題在10nm只會更嚴重。電腦巨人IBM便是主要因為成本問題,把晶片工廠賣掉,索性退出了半導體行業。

當電腦科技發展停滯不前,會對我們有什麼影響?首先我們不用每兩年換新電話,亦不用擔心部舊電腦會過時,電子廢物會大幅減少。電腦業會變成汽車業般的成熟行業,去年和今年的車款,除轉了車頭轉子尾燈外,規格基本上大致相同,買一台汽車可以用十幾年。程式軟件行業將會重視瘦身和優化,以前我們習慣了寫擁腫執行緩慢的程式,最緊要趕快出街搶市場佔有率,反正與其花一年時間優化程式,不如等明年新晶片推出,速度慢的問題便會自已消失。晶片設計行業亦會發展薘勃,若果軟件在CPU跑得太慢,只好把功能放進硬件來加速,反正若以某特定的運算能力來計算,在汎用的CPU跑軟件是極之沒有效率。

那我們離電腦科技的盡頭還有多少時間呢?目前28nm是主流技術,只有Intel領先同業在用22nm,接下來還有14nm,10nm,7nm三代技術在開發中,5nm成本可能太高以致無法量產。摩爾定律已有減速的趨勢,若果新一代技術平均要兩三年,那我們大約還有十年的時間。除了把半導體的體積縮小外,還有其他技術可以增加運計效率,如3D邏輯閘,多層晶片,低電壓低電阻晶圓等等,但那些技術並不能帶來幾何級的增長,加起來應該可以延命多十年。那我們最多只有二十年的時間,去研發矽半導體的替代品。替代品將會是什麼,納米碳管,超導體,量子電腦?我不知道那個技術最終會跑出,亦不知道能否及時投產,把摩爾定律延續下去,未來我會在這個專欄,為讀者一一介紹那些新科技。

那我身為一個電腦人,如何面對後摩爾定律時代的來臨呢?二十年後,大慨我可以退休,這個問題,留給下一代的電腦人去解決好了。

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