文|陈根

英特尔创始人之一戈登·摩尔曾说过,集成电路上可以容纳的晶体管数目大约每经过18个月就会增加一倍。换句话说,处理器的性能约每隔两年就会翻一倍。这句话作为经验之谈,一定程度上揭示了信息技术发展的迅速,后来成为著名的“摩尔定律”。

集成电路上的晶体管是调节计算机、移动电话和其他现代电子线路运行的基本构件。由于晶体管的快速响应和高精度,其广泛用于用于各种数字和模拟功能,包括放大、开关、稳压、信号调制和振荡器。

以英特尔4004的诞生为开端,52年的微处理器历史已经书写完成。近日,比利时微电子中心IMEC公布了一张统计图,对比了1970年到2022年处理器芯片的晶体管密度变化。结果发现,52年间,CPU芯片晶体管数量已经提升了1亿倍。可以说,⼏乎没有⼀个领域像这样发展迅速。

1971年,英特尔公司推出了世界上第一款微处理器4004,这是第一个可用于微型计算机的四位微处理器,它包含2300个晶体管;1974年,英特尔公司又推出第二代微处理器8080,其含有29000个晶体管。随着技术的不断发展,1993年英特尔奔腾处理器问世,其已经含有3百万个晶体管;2002年英特尔奔腾4处理器推出,晶体管达到5500万个。

截止到2010年,英特尔PC处理器中的晶体管数量每年以大约40%的速度增长。在随后的几年中,这一比例下降到一半。该公司服务器MPU的晶体管数量增加在2000年代中期至后期暂停,但随后又开始以每年约25%的速度增长。

现在到了2022年,苹果的M1 Ultra芯片做到了1140亿晶体管,是52年前的1亿倍。不过1140亿晶体管的芯片也不会是终点,Intel还预计在2030年实现1万亿晶体管的创举。

随着工艺与集成度的不断提升,晶体管尺寸渐近物理极限,继续依赖缩小工艺制程获取性能和经济效益提升已困难重重。与此同时,人工智能、大数据、5G等领域的计算需求在海量增长,如何突破摩尔定律,成为算力经济时代的一项新挑战。