8 月 21 日，芯片巨頭英特爾聯合創始人戈登·摩爾(Gordon Moore)首先提出了所謂的摩爾定律，認為計算機芯片上的晶體管數量每 24 個月就會翻一番。但隨著使電路微型化的步伐逐漸放緩，這種趨勢正受到打擊。為了在未來幾年繼續維持摩爾定律，英特爾給出了自己的應對方案，即在處理器上封裝 50 倍于目前數量的晶體管。

　　摩爾定律的進展，已經將芯片從 20 世紀 60 年代昂貴的大型機擴展到 80 年代的個人電腦上，現在又擴展到智能手機、手表、汽車、電視、洗衣機以及幾乎任何有電力支持的東西上。摩爾定律通過縮小芯片上的數據處理元件晶體管來實現。英特爾計劃繼續縮小芯片，但也計劃通過將芯片堆疊到多層封裝中來增加密度。

　　英特爾首席架構師拉賈·科杜里(Raja Koduri)在最近 Hot Chips 會議上發表演講時表示：“我們堅信未來的晶體管密度會更高，這一愿景將隨著時間的推移發揮作用，這可能需要十年或更長時間，但它最終會成為現實。”

　　科杜里的樂觀反映了許多其他公司在 Hot Chips 上的興奮，Hot Chips 是一個工程會議，研究人員在會上詳細介紹芯片進步情況。AMD、英偉達、谷歌、微軟、IBM 和許多初創公司展示了他們正在推進通用芯片和致力于人工智能、圖形和網絡等任務芯片領域取得的進展。

　　英特爾預計如何實現芯片進步

　　科杜里描述了幾個步驟，以在一個芯片中塞入比 10 納米芯片更多的晶體管，比如英特爾的 Tiger Lake 處理器將于今年秋天進入筆記本電腦。首先將是最傳統的方法，縮小晶體管并將它們更緊密地擠壓在一起。科杜里預測，這將使晶體管密度增加兩倍。

　　接下來是新的晶體管設計，它延續了晶體管從平面電路元件到 3D 結構的電流轉換。這些步驟被稱為納米線和堆疊納米線，應該使晶體管密度再增加三倍。然后是封裝創新，將芯片堆疊到處理器元件的多層蛋糕中，這應該再次使密度翻兩番。總而言之，密度最終增加了大約 50 倍。

　　英特爾多年的困境

　　英特爾的樂觀態度與摩爾定律保持運轉的艱難時期形成了鮮明對比。英特爾曾是芯片制造領域毋庸置疑的領頭羊，但最近幾年卻舉步維艱。它從晶體管特征為 14 納米的制造工藝轉變為后來的 10 納米，花了五年而不是兩年。一納米是十億分之一米，加上 14 納米寬的電路元件，英特爾可以在一根頭發的寬度上容納大約 7000 個晶體管。

　　接下來，英特爾將其從 10 納米到 7 納米的生產推遲了 6 個月，蘋果正在從 Mac 電腦中淘汰英特爾芯片。為了幫助調整，英特爾采用了更靈活的設計流程，使其更多地依賴于其他芯片制造商，如其最大的競爭對手臺積電(TSMC)。

　　堅持摩爾定律，但代價是什么?

　　臺積電大約兩年前開始推出 7 納米產品，為蘋果生產 iPhone 芯片。去年，該公司宣稱“摩爾定律是有效的。”但與過去不同的是，摩爾定律現在對希望采用最先進制造工藝的公司施加了新的成本壓力。

　　微軟 2013 年推出的 Xbox One，2017 年的 Xbox One X，以及今年即將推出的 Xbox Series X 都采用相同大小的芯片，這在過去意味著這些芯片的價格大致相同。微軟芯片設計師杰夫·安德魯斯(Jeff Andrews)說，現在，“最新款的價格要高得多”。

　　除了成本之外，另一個挑戰是新的芯片往往只會加速特定的計算操作。這對人工智能和圖形等任務很有用，但對于不得不與以不同方式工作的處理器打交道的軟件程序員來說，這讓他們的工作變得更加困難。

　　英特爾正試圖通過一種名為 oneAPI 的新軟件層來彌合這種芯片鴻溝。這是一個值得注意的舉動：英特爾是一家硬件企業，但它正在開發更多軟件，將其作為使其芯片變得有用的關鍵一步。科杜里說：“越來越多的硬件架構團隊需要由軟件專家組成。”

　　構建新的芯片想法

　　在 Hot Chips 大會上，處理器制造商還詳細介紹了一系列創新。其中最大的是：

　　英特爾的 Tiger Lake 使用了一種新的節能技術，稱為 DVFS，即動態電壓和頻率調節。對于高優先級任務，芯片的不同部分可以運行得更快，也可以運行得更慢以節省電能。英特爾現在在其多個處理器核心、內存系統和將其連接在一起的通信結構之間權衡優先級。

　　AMD 的競爭對手 Ryzen 4000 系列芯片，代號 Renoir，現已用于個人電腦上，這是第一批擁有 8 個處理核心的超薄筆記本電腦芯片。架構師索努·阿羅拉(Sonu Arora)表示，AMD 最初計劃使用六核設計，但意識到精心的設計可以容納八核，以便在視頻和照片編輯等任務中獲得更好的性能。在給定的性能水平上，他們使用的功率是前一代芯片的一半。

　　IBM 的 Power10 處理器擁有 180 億個晶體管，并將在明年面世的大型 Unix 服務器中使用。它可以組合成一個功能強大的服務器，擁有多達 240 個處理核心。此外，互連服務器的“吊艙”可以共享多達 2PB 的內存。這對于像數據挖掘和管理庫存數據庫這樣的大規模業務計算挑戰非常有用。

　　初創公司 LightMatter 發布了其 Mars 芯片，用于加速圖像識別等人工智能任務。它將大約 10 億個傳統晶體管與數以萬計的元件結合在一起，這些元件使用光而不是電來傳輸數據和執行計算。這項光子技術背后的想法是減少電力消耗。
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