摩爾定律的瓶頸

上世紀60年代，摩爾發(fā)現(xiàn)半導體晶體管制程發(fā)展的速度對于一個半導體廠商至關重要。

隨著制程的進化，同樣的芯片的制造成本會更低，因為單位面積晶體管數(shù)量提升導致相同的芯片所需要的面積縮小。所以制程發(fā)展速度如果過慢，則意味著芯片制作成本居高不下，導致利潤無法擴大。

另一方面，如果孤注一擲把所有的資本都用來發(fā)展新制程，則風險太大，一旦研發(fā)失敗公司就完蛋了。

摩爾發(fā)現(xiàn)當時市場上成功的半導體廠商的制程進化速度大約是每年半導體芯片上集成的晶體管數(shù)量翻倍，于是寫了著名的論文告訴大家這個發(fā)展速度是成本與風險之間一個良好的折中，半導體業(yè)以后發(fā)展可以按照這個速度來。（Moore’s Law）

芯片的成本包括NRE成本（Non-Recurring Engineering，指芯片設計和掩膜制作成本，對于一塊芯片而言這些成本是一次性的）和制造成本（即每塊芯片制造的成本）。

在先進工藝制程，由于工藝的復雜性，NRE成本非常高。例如FinFET工藝往往需要使用double patterning技術，而且金屬層數(shù)可達15層之多，導致掩膜制作非常昂貴。另外，復雜工藝的設計規(guī)則也非常復雜，工程師需要許多時間去學習，這也增加了NRE成本。

對于由先進制程制造的芯片，每塊芯片的毛利率較使用落后制程制造的芯片要高，但是高昂的NRE成本意味著由先進制程制作的芯片需要更多的銷量才能實現(xiàn)真正盈利。這使得芯片設計和制造所需要的資本越來越高，而無力負擔先進工藝制程的中小廠商則不得不繼續(xù)使用較舊的工藝。這也部分地打破了摩爾定律“投資發(fā)展制程-芯片生產(chǎn)成本降低-用部分利潤繼續(xù)投資發(fā)展制程”的邏輯。

從上圖可以看出：2008年以前，先進制程有一個明顯的爬坡階段，但是如今更像是百花齊放了。

Andy gives, Bill takes away.

https://mp.weixin.qq.com/s/TmLSHVkeyqfU-9Jgir0czA

摩爾定律究竟死沒死

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https://www.zhihu.com/question/290382241

為什么memory制程比CPU的制程低？

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Makimoto’s Waves

Tsugio Makimoto（牧本次生），IEEE Robert N. Noyce Medal（2018）。曾任索尼CTO。半導體工業(yè)從NMOS到CMOS演進的先驅。

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MOSFET device scaling principles，又稱為Dennard縮放比例定律（Dennard scaling, 1974）表明，隨著晶體管變得越來越小，它們的功率密度保持不變，因此功率的使用與面積成比例；電壓和電流的規(guī)模與長度成比例。

Dennard scaling是Moore’s Law的物理基礎，而后者僅僅是個行業(yè)規(guī)律而已。

https://mp.weixin.qq.com/s/7kRePPUk_Xat8-7PsAO5XQ

晶體管逐漸變小，Dennard定律比摩爾定律更值得關注，散熱和功耗推動芯片專業(yè)化

PPA（Power-Performance-Area）

Robert H. Dennard，1932年生，Southern Methodist University本科（1954）+碩士（1956）+CMU博士（1958）。IBM研究員，DRAM發(fā)明者。美國工程院院士，IEEE Fellow。

https://www.yicai.com/news/100419064.html

科技創(chuàng)新里程碑：IBM科學家Robert H. Dennard與改變世界的芯片

最后兩行就說的是固定功耗能達到的最大速度，和固定速度需要的功耗；面積的比較是在上面，不同macro微縮的比例是不一致的。

https://www.zhihu.com/question/512906953

22nm芯片能做到7nm一樣的性能嗎？

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Bell’s law of computer classes（1972）：計算機每10年產(chǎn)生新一代，其設備或用戶數(shù)增加10倍。

C. Gordon Bell，1934年生，MIT本科（1956）+碩士（1957）。DEC公司的技術靈魂人物（1958～1983），DEC創(chuàng)始人Kenneth Olsen的學弟和創(chuàng)業(yè)團隊成員。

https://www.zhihu.com/question/20809971

多核之后，CPU的發(fā)展方向是什么？

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摩爾定律的黃金時代，靠著工藝進步，軟件工程師可以近乎無感地快速享受到硬件性能的紅利。隨著單核性能提升放緩，軟件工程師需要關注更多多核的編程細節(jié)，來釋放硬件的性能紅利。隨著單芯片能放的核數(shù)也日趨瓶頸，DSA架構、封裝技術的演化、甚至System-on-Wafer的技術都涌現(xiàn)出來，期望能夠進一步壓榨晶體管的性能，也相應地對軟件棧提出了更高的要求。

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系統(tǒng)中對某一部件采用更快執(zhí)行方式所能獲得的系統(tǒng)性能改進程度，取決于這種執(zhí)行方式被使用的頻率，或所占總執(zhí)行時間的比例。

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產(chǎn)業(yè)價值鏈最底層的生產(chǎn)制造領域，即微笑曲線的中間。很多學理工科的人都有這個幻覺，覺得自己做技術做的價值曲線最左端的研發(fā)，有著光明的前途。但實際上99%的（對口就業(yè)）理工科學生最后都去了生產(chǎn)制造。對于新加坡的芯片行業(yè)，其實真正的研發(fā)是0，技術全部都是依靠歐美轉移。

什么算真正最左側的研發(fā)。還是以芯片光刻膠為例，國外光刻膠阻抗可以做到$10^{15}$，國內(nèi)只能做到$10^{10}$，阻抗越高純度越高，這中間是十萬倍的差距。

創(chuàng)作挑戰(zhàn)賽新人創(chuàng)作獎勵來咯，堅持創(chuàng)作打卡瓜分現(xiàn)金大獎

總結

以上是生活随笔為你收集整理的摩尔定律的瓶颈的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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