­　　[摘要]摩爾定律開始失效，芯片性能提升速度越來越慢，要讓計算技術繼續發展，改進熱量管理技術、增加電池能量密度也許會帶來突破。

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­　　騰訊數碼訊（藍天）1965年，計算機技術處在萌芽期，計算機工程先驅戈登?摩爾（Gordon Moore）寫了一篇論文，沖擊了科技產業。摩爾認為，計算機的性能每隔12個月翻一倍，成本下降50%。過去40年的歷史證明摩爾定律相當正確。

­　　現在摩爾定律進入困難時期。去年，英特爾曾表示，現在要讓處理器的性能翻倍需要30個月的時間。2017年5月，《麻省理工科技評論》曾經刊發一篇文章，標題就是“摩爾定律終結”。

­　　的確，計算機性能的提升速度正在放緩。放緩還帶來一個問題：許多下一代產品依賴于更快、更節能 、更便宜的芯片，而芯片的進步建立在一個假設之上，那就是摩爾定律仍然有效。如果芯片的提升速度放慢，甚至停滯，VR、AI、無人駕駛汽車、醫療、遺傳工程，甚至連最新的智能手機都會受到干擾，無法快速推出。

­　　真的會死亡嗎？也許有些夸大。

­　　芯片到底可以變得有多小

­　　摩爾定律并沒有死亡，但是它的處境的確不怎么好。如果要讓摩爾定律恢復生機，工程師和產品設計者必須改變方向，尋找新的突破。

­　　“必須”不是建議，而是物理的必然。幾年來，計算機工程師不斷縮小芯片的尺寸，獲得更高的性能，但是這種策略漸漸走到了盡頭。設計芯片時我們遇到了物理和幾何瓶頸：要讓芯片變小極為困難。

­　　現代芯片設計將芯片組件之間的間隙縮小到十幾納米。如果不是工程師，可能不知道十幾納米是什么概念。一張紙的厚度約為0.1毫米，它相當于10萬納米。現在芯片中空間的尺寸大約相當于一張紙厚度的1/8000。雖然進一步縮小尺寸是有可能的，比如降到7納米，不過按照產業的估計，即使只是開發一款7納米原型芯片，成本也會達到1億美元，目前全球只有3家企業可以做到：臺積電、三星和英特爾。英特爾已經宣布，投入90億美元開發7納米處理器，開發至少要4年時間。

­　　7納米實際上已經做到了。如果想進一步縮小尺寸，進步的空間并不大。因此在7納米之后，如果我們想提高計算技術的性能必須從兩個方面下手：一是熱管理，二是能源密度。熱量和能源問題是巨大的設計難題，也是“設備殺手”。它們對創新至關重要，由于尺寸受到限制，熱量和能源問題束手束腳，所以我們基本上只能維持現狀。

­　　第一步：減少熱量

­　　要讓計算性能飛速提升，我們必須強化熱量管理技術。打個比方：要讓汽車跑得更快，我們需要安裝更強大的引擎，裝備更好的輪胎；但目前的問題在于，如果讓引擎更強大，輪胎會爆胎。

­　　熱問題已經阻擋了某些計算機技術的進步，比如堆疊（stacking），這種設計方案將計算機組件堆疊起來，比如處理器、內存、電源。采用堆疊設計，機器內部命令、電能移動的距離就會縮短，節省能源，提升處理速度。

­　　雖然堆疊組件可以讓計算機更快，但是生成的熱量比分離更多。組件靠得太近為工程師帶來挑戰，他們要讓設備在安全可行的溫度下運行。正因如此，高通和英特爾已經拋棄了堆疊概念。英特爾組裝和測試開發技術主管巴巴克?沙比（Babak Sabi）說：“從邏輯上講，沒有人能夠真正將內存堆疊，除非有人可以拿出熱解決方案……我不認為有人會使用堆疊技術。”

­　　老式散熱技術依賴于銅管和鋁管，用墊片導熱。但金屬管和墊片太笨重了，裝在筆記本、手機、汽車中效率不高。另外，老散熱系統太堅硬，不夠靈活，結果成為了設計的“噩夢”：你必須用銅墊片設計苗條性感的智能手機。

­　　熱技術阻礙了計算機整體性能的提升，但是技術正在快速進步，這是一個好消息。以后的熱解決方案包括了凝膠、糊狀物、新型柔性纖維，拋棄那些笨重堅固的材料。例如，NASA正在測試新散熱材料，這種材料很輕很柔軟，跟天鵝絨很相似。

­　　第二步：增加能源密度

­　　如果說熱問題讓摩爾定律“蹣跚前進”，那么能源密度問題則將摩爾定律變成了“跛子”。

­　　所謂能源密度，就是說我們可以在特定空間內存儲多少能源。能源密度越高，相同尺寸的電池就可以提供更多的電能。我們可以用賽車類比，如果說計算機處理器就是引擎，熱管理是輪胎，那么能量密度就是燃油。

­　　計算機及其它電子產品越來越快，越來越強，我們需要在更小的空間存儲更多的能源，可惜電池技術進步緩慢。三星Note 7告訴我們：一面我們希望電池能夠提供更多的電能，另一方面又要遵守嚴格的設計規范，二者必須平衡，如果平衡稍稍打破就會變成災難。

­　　能量密度問題成為一只攔路虎，影響了下一代計算產品的發展，比如機器人、無人機、太空探索設備、電子設備。在這些領域能量密度決定一切。對于消費者來說，由于能量密度沒有大幅增加，所以我們會覺得手機電池不夠用。

­　　問題還不只這么簡單，能量密度與熱量管理問題是相互關聯的。存儲能源，充電，抽取電能，全都會產生熱量。每一次當工程師在某方面取得進步，另一方面又會失常，導致問題變得更復雜。

­　　未來的芯片技術

­　　前路并非一片黑暗。我們應該保持樂觀，相信科學家、工程師會在熱量管理、能源密度方面取得突破。我之所以有信心，主要是因為克服技術、工程、設計問題是消費者渴望的。消費者想要更好的電池，它可以使用更長的時間，不讓筆記本太熱，消費者認為輕薄比強大的處理能力更重要。如果能夠正確解決熱量和能源密度問題，經濟回報無疑是巨大的。

­　　之所以樂觀還有一個原因：當我們在熱量、能源技術上前進一步，就會在其它地方取得相應的進步。如果真的做到了，新產品和新技術會變得更快，它們既可以保證摩爾定律繼續有效，甚至還可以摧毀摩爾定律。技術的進步不是線性的，但最終它會帶來更加激動人心的好消息。

­　　來源：qz