2018-08-12 超越摩尔定律

摩尔定律的由来

1965年--英特尔创始人戈登~摩尔--指出：集成电路里面元件数量每年翻一番，后来改成每两年翻一番。

1974年--IBM工程师罗伯特~登纳德--补充：缩小芯片元件的尺寸能够使芯片的速度更快、功耗更低、价格更便宜。换句话说：元件更小的芯片性能更好。

英特尔在1971年发布了一款名为4004的芯片，这是世界上第一款可商用的微处理器，他将所有支持数字运算的电子电路都包装在一个微笑的芯片里面。这款芯片包含了2300个微型晶体管，每个大约10000纳米（一纳米等于十亿分之一米），大小与红细胞类似。 晶体管时一个用0和1表示“开”和“关”。

2015年英特尔发布了skylake芯片，估计芯片大约时15亿-20亿个晶体管，每个晶体管只有14纳米。

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摩尔定律即将终结

从1971年到2016年，摩尔定律大概经历了22个周期。如果该定律能够维持到2050年，大概还有17个周期。这种情况下，专家/工程师 必须找到办法如何使用比氢原子更小的元件来制造芯片。其实，氢原子是已知的最小元素，因此这项工作是不可能的。

硅谷的专家们一致认为，摩尔定律已经快走到尽头了。

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后摩尔定律时代

摩尔定律使得计算机体积变小、性能提高，将其从填满整个房间的大铁块变成了细小的、可以放在口袋的小方块。可是到2050年，这一定律的将作古，计算机将如何继续发展？

1. 进行更好的软件编程

    过去，摩尔定律惊人的速度让软件公司或工程师没有足够的时间来思考如何进一步的优化软件。实际上，消费者/客户 每隔几年就会购买速度更快的机器磨灭了阻碍了程序员或公司的积极性：因为让代码运行更快的最简单的方法可能就是等到一到两年，新的硬件性能提升了。随着摩尔定律的失效，计算机行业极短的产品周期可能开始延长，程序员们将有更长的时间来打磨产品。

2. 针对某些算法设计专门的硬件

    现在的芯片开始针对常用的功能采用专门的电路，推出专用的芯片，如：视频解码、加密、3D图像处理等。

3. 试图将摩尔定律推动到第三维度来继续维持其速度

    将平面的芯片变成立体的以支撑更多的元件，三星已经使用了这种技术。但如果这种方法可行，就要解决散热，这个问题还需要继续突破。

4. 量子计算

    量子计算机在10年前还仅限于在大学里面进行研究，现在几家大公司正向该技术投入大量资金在研究，包括微软、IBM和谷歌。未来10-20年量子芯片能投入使用。如同3D芯片一样，也需要解决其他问题，比如量子计算机理论上要在绝对0度左右。最小的热脉冲或电磁波干扰都可能破坏这种机器依赖的不稳定的量子态。

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计算的革命

    上面谈到的3D芯片也好，还是只能在低温冷却的量子个人计算机也好，液体冷却、快速散热等是十分复杂和麻烦。但这在数据中心却能很好的运转。因此，未来更多的是云计算，用户通过越来普遍的互联网、移动网接入。

    用户几面也是可能变革的一个领域，现在人机交互都是通过键盘或鼠标输入，将来更多可能是通过语音或手势来控制。因此增强现实将实现计算机生成的信息叠加到真实世界中。

摩尔定律很快就会消失，但计算革命不停止。

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