數(shù)十年來，芯片制造商和整個(gè)社會(huì)都受益于摩爾定律。摩爾定律以一種快速而可預(yù)測的速度，提供了更強(qiáng)大、更廉價(jià)的計(jì)算能力。眾所周知，這條規(guī)律實(shí)際上是兩種趨勢(shì)——芯片速度變快和芯片尺寸縮小。就像上了發(fā)條一樣，晶體管密度每兩年翻一番，計(jì)算能力也相應(yīng)提高。
然后，技術(shù)達(dá)到了極限，經(jīng)濟(jì)開始發(fā)揮作用。芯片制造行業(yè)在很大程度上是圍繞著英特爾(Intel)和三星電子(Samsung Electronics)等少數(shù)受益于摩爾定律的巨頭聚集到一起的，但它正在朝著一個(gè)更加分散的結(jié)構(gòu)發(fā)展，不同的芯片做不同的事情——就像早期的大眾計(jì)算市場那樣。可以說，這樣的趨勢(shì)比任何其他公司都更有可能威脅英特爾在設(shè)計(jì)和制造領(lǐng)域的主導(dǎo)地位。
一、技術(shù)即將到達(dá)極限
大約15年前，芯片速度的增速減慢了，這是因?yàn)楦斓奶幚砥鳟a(chǎn)生了更集中的熱量。2005年，一臺(tái)高端設(shè)備的運(yùn)行頻率高達(dá)3.8千兆赫。今天它的替代頻率上升到4.4千兆赫。如果制造商保持以前的更新速度，今天的處理器的工作速度將會(huì)是現(xiàn)在的10倍多，而且差不多和太陽一樣熱。
在芯片上塞入更多晶體管的能力仍然存在，但這一趨勢(shì)正在放緩，在向市場推出新芯片方面出現(xiàn)意想不到的延誤正變得越來越普遍。英特爾最初表示，10納米芯片將于2015年上市，但此后該公司一直在承諾很快將大規(guī)模量產(chǎn)。并且后面問題將變得更糟：如果晶體管進(jìn)一步收縮，它們將受到電子不可預(yù)知的影響。
二、先進(jìn)晶圓廠成本在上升
摩爾第二定律是指尖端芯片生產(chǎn)工廠的成本每四年翻一番，這并不為人所知。但不幸的是，它依然是有效的。臺(tái)積電的數(shù)據(jù)顯示，一座頂級(jí)的新工廠目前的成本約為200億美元。成本不斷上升，只有三家公司試圖生產(chǎn)尖端芯片，分別是英特爾、臺(tái)積電和三星電子。去年，這些公司的總收入大約是一座先進(jìn)工廠成本的六倍。而在2008年，它們的收入大約是一座工廠成本的11倍，那時(shí)的競爭對(duì)手也比現(xiàn)在更多。
目前，在個(gè)人電腦通用芯片領(lǐng)域至少是這樣，摩爾定律推動(dòng)了銷量、利潤率，因此尤其是英特爾在芯片創(chuàng)新和晶圓廠的開發(fā)上投入了巨額的資金。但麻省理工學(xué)院(MIT)的尼爾?湯普森(Neil Thompson)和斯溫賈?斯潘努斯(Svenja Spanuth)認(rèn)為，技術(shù)進(jìn)步放緩和成本上升可能會(huì)導(dǎo)致行業(yè)分裂。
對(duì)于特定的任務(wù)，專用芯片可能更快，但它們需要時(shí)間來設(shè)計(jì)，并進(jìn)行小規(guī)模的試產(chǎn)運(yùn)行。目前英特爾擁有技術(shù)優(yōu)勢(shì)是安全的，因?yàn)橄乱淮酒瑢⒈然谏弦淮酒膶Ｓ眯酒瑥?qiáng)大得多，也便宜得多。但創(chuàng)新放緩和工廠成本上升正在打破這種局面。
三、創(chuàng)新停止了嗎?
不，只是進(jìn)步更困難，更難預(yù)測。提高速度的一種方法是改變程序以利用新型芯片。傳統(tǒng)處理器開始時(shí)一次只能處理一項(xiàng)任務(wù)，速度很快，但程序員越來越依賴于更專業(yè)的芯片。例如，英偉達(dá)的專長就在于所謂的圖形處理單元，它可以同時(shí)執(zhí)行多任務(wù)計(jì)算。
幸運(yùn)的是，這對(duì)訓(xùn)練人工智能系統(tǒng)也很有用。這就是為什么英偉達(dá)的股價(jià)一直在上漲，在過去5年里上漲了8倍。但它仍然是一個(gè)利基市場，因?yàn)樵S多計(jì)算任務(wù)需要按順序完成。
另一個(gè)不斷增長的細(xì)分市場是可編程芯片。Xilinx是最大的競爭者，但英特爾憑借其在2015年以167億美元收購Altera的交易占據(jù)了相當(dāng)大的市場份額。這些芯片不是很容易使用，但在某些情況下，它們可以實(shí)現(xiàn)更高速度且更低功耗。例如，微軟(Microsoft)就利用它們來加速其云計(jì)算平臺(tái)上運(yùn)行的應(yīng)用程序。
這種方法的另一個(gè)版本是為特定的任務(wù)設(shè)計(jì)專門的芯片。這在智能手機(jī)中已經(jīng)很常見了，比如蘋果手機(jī)就有自己的芯片。谷歌也使用專門的芯片在其數(shù)據(jù)中心運(yùn)行已建立的機(jī)器學(xué)習(xí)程序。定制化意味著這些芯片速度快，耗電量少。缺點(diǎn)是它們不靈活，編碼困難，而且成本相對(duì)較高，因?yàn)殚_發(fā)成本不會(huì)分?jǐn)偟酱笮汀⒍嘤猛緫?yīng)用中。
四、接下來會(huì)發(fā)生什么?
摩爾定律為所有使用計(jì)算機(jī)的人帶來了好處。英特爾的處理器很容易嵌入到許多應(yīng)用程序中，它們?cè)谒俣壬系姆€(wěn)定增長為每個(gè)使用它們的人帶來了更好的性能。
芯片領(lǐng)域下一波的業(yè)績?cè)鲩L可能并不均衡。可以利用圖形處理或可編程芯片的領(lǐng)域仍將從改進(jìn)的芯片中獲益。更專業(yè)的領(lǐng)域，比如天氣預(yù)報(bào)，將會(huì)發(fā)展緩慢——除非用戶能夠?qū)⑺麄兊幕顒?dòng)匯總到一個(gè)云計(jì)算平臺(tái)上。
與此同時(shí)，編寫更高效的軟件肯定會(huì)帶來好處，盡管這種好處更難獲得。這可能導(dǎo)致?lián)碛胁煌a(chǎn)品應(yīng)用領(lǐng)域的芯片制造商出現(xiàn)一種“回到未來”的狀態(tài)，即需要在某一行業(yè)內(nèi)開發(fā)自己的芯片和軟件，以實(shí)現(xiàn)最高效率。
40年前，許多頂級(jí)芯片制造商都是由IBM、惠普(Hewlett-Packard)和美國電話電報(bào)公司(AT&T)等公司壟斷經(jīng)營的。為了提供快速的性能，硬件和軟件通常是專有的。通用微處理器的崛起改變了這一點(diǎn)，使得英特爾成為全球最大的芯片設(shè)計(jì)和制造商。
英特爾的市值約為2,400億美元，接近歷史最高水平。然而，隨著蘋果和谷歌等公司設(shè)計(jì)出運(yùn)行自己代碼的更專業(yè)芯片，這家美國巨頭的影響力在后摩爾定律時(shí)代可能面臨挑戰(zhàn)。有一個(gè)明顯的不同——雖然半導(dǎo)體設(shè)計(jì)可能會(huì)分裂，但像臺(tái)積電和三星這樣的一些大公司可能仍將是生產(chǎn)芯片的公司，因?yàn)樗鼈儞碛薪ㄔ飕F(xiàn)代化晶圓廠的領(lǐng)先實(shí)力。
盡管通用處理器仍將有一個(gè)巨大的市場，但其增長率可能遵循另一條眾所周知的規(guī)律：增速必然下降。