文|陳根

英特爾創(chuàng)始人之一戈登·摩爾曾說過,集成電路上可以容納的晶體管數(shù)目大約每經(jīng)過18個(gè)月就會(huì)增加一倍。換句話說,處理器的性能約每隔兩年就會(huì)翻一倍。這句話作為經(jīng)驗(yàn)之談,一定程度上揭示了信息技術(shù)發(fā)展的迅速,后來成為著名的“摩爾定律”。

集成電路上的晶體管是調(diào)節(jié)計(jì)算機(jī)、移動(dòng)電話和其他現(xiàn)代電子線路運(yùn)行的基本構(gòu)件。由于晶體管的快速響應(yīng)和高精度,其廣泛用于用于各種數(shù)字和模擬功能,包括放大、開關(guān)、穩(wěn)壓、信號(hào)調(diào)制和振蕩器。

以英特爾4004的誕生為開端,52年的微處理器歷史已經(jīng)書寫完成。近日,比利時(shí)微電子中心IMEC公布了一張統(tǒng)計(jì)圖,對(duì)比了1970年到2022年處理器芯片的晶體管密度變化。結(jié)果發(fā)現(xiàn),52年間,CPU芯片晶體管數(shù)量已經(jīng)提升了1億倍。可以說,?乎沒有?個(gè)領(lǐng)域像這樣發(fā)展迅速。

1971年,英特爾公司推出了世界上第一款微處理器4004,這是第一個(gè)可用于微型計(jì)算機(jī)的四位微處理器,它包含2300個(gè)晶體管;1974年,英特爾公司又推出第二代微處理器8080,其含有29000個(gè)晶體管。隨著技術(shù)的不斷發(fā)展,1993年英特爾奔騰處理器問世,其已經(jīng)含有3百萬(wàn)個(gè)晶體管;2002年英特爾奔騰4處理器推出,晶體管達(dá)到5500萬(wàn)個(gè)。

截止到2010年,英特爾PC處理器中的晶體管數(shù)量每年以大約40%的速度增長(zhǎng)。在隨后的幾年中,這一比例下降到一半。該公司服務(wù)器MPU的晶體管數(shù)量增加在2000年代中期至后期暫停,但隨后又開始以每年約25%的速度增長(zhǎng)。

現(xiàn)在到了2022年,蘋果的M1 Ultra芯片做到了1140億晶體管,是52年前的1億倍。不過1140億晶體管的芯片也不會(huì)是終點(diǎn),Intel還預(yù)計(jì)在2030年實(shí)現(xiàn)1萬(wàn)億晶體管的創(chuàng)舉。

隨著工藝與集成度的不斷提升,晶體管尺寸漸近物理極限,繼續(xù)依賴縮小工藝制程獲取性能和經(jīng)濟(jì)效益提升已困難重重。與此同時(shí),人工智能、大數(shù)據(jù)、5G等領(lǐng)域的計(jì)算需求在海量增長(zhǎng),如何突破摩爾定律,成為算力經(jīng)濟(jì)時(shí)代的一項(xiàng)新挑戰(zhàn)。

       原文標(biāo)題 : 陳根：52年來，處理器性能實(shí)現(xiàn)飛躍