英特尔如何在未来几年内保持摩尔定律不断提高

摩尔定律（Moore’sLaw）是计算机芯片上的晶体管数量每24个月翻一番的观察，随着使电路微型化的步伐逐渐放缓，这一点受到了打击。但是芯片巨头英特尔已经计划了一条路线，使这一想法得以延续，并计划将比现在更多的晶体管组装到处理器上的数量增加了50倍。

以英特尔联合创始人戈登·摩尔（GordonMoore）的名字命名的摩尔定律的发展，已将芯片从1960年代昂贵的大型机传播到1980年代的个人计算机，现在传播到智能手机，手表，汽车，电视，洗衣机以及几乎所有带电的东西。

摩尔定律的作用是缩小晶体管，即芯片上的数据处理元件。英特尔计划继续缩小它们的体积，同时还计划通过将芯片堆叠到多层封装中来提高密度。

英特尔首席架构师拉贾·科杜里（RajaKoduri）周一在HotChips会议上的演讲中表示：“我们坚信晶体管的密度将会更高。”“愿景将随着时间的流逝而实现，也许会持续十年甚至更长的时间，但是它将实现。”

Koduri的乐观反映了HotChips上许多其他公司的兴奋，HotChips是一次工程会议，研究人员详细介绍了进展情况。AMD，Nvidia，谷歌，微软，IBM和一批初创公司展示了他们在推进通用芯片以及致力于人工智能，图形和网络等任务的芯片方面的发展方式。

英特尔期望如何实现芯片进步

Koduri描述了几个步骤，以将更多的晶体管塞入芯片中，而不是将10纳米芯片（例如其TigerLake处理器）于今年秋天投放到笔记本电脑中。首先将是最传统的方法，即收缩晶体管并将它们压缩在一起。Koduri预测，这将使晶体管密度增加三倍。

接下来是新的晶体管设计，它将继续将晶体管的电流从平面电路元件转换为3D结构。这些称为纳米线和堆叠式纳米线的步骤应使密度增加四倍。

然后是包装创新，将芯片堆叠到处理器元件的多层蛋糕中。那应该再次使密度翻两番。整个数学将密度提高了大约50倍。

多年的英特尔困境

英特尔的乐观与使摩尔定律保持一致的艰难时期形成鲜明对比。

曾经是毫无疑问的芯片制造领导者的英特尔近年来一直在挣扎。它从具有14纳米晶体管特性的制造工艺升级到后来的10nm工艺，耗时五年而不是两年。纳米是十亿分之一米，而电路元件的宽度为14纳米，英特尔可以在人类头发的整个宽度上包装约7,000个。

接下来，英特尔将其从10纳米制程转移到7纳米制程推迟了六个月，而苹果公司正在从其Macs中抛弃英特尔芯片。为了帮助调整，英特尔采用了更灵活的设计流程，使它可以更多地依赖其他芯片制造商，例如其最大的竞争对手台湾半导体制造公司。

摩尔定律，但要付出什么代价？

台积电（TSMC）大约两年前开始转向7纳米制造，并生产苹果的iPhone芯片。去年，台积电宣布“摩尔定律是健康的”。但是，与过去不同，摩尔定律现在为希望采用最先进制造工艺的公司带来了新的成本。

微软于2013年推出的XboxOne，2017年推出的XboxOneX和今年推出的XboxSeriesX都具有相同大小的芯片，过去这意味着这些芯片的价格大致相同。微软芯片设计师杰夫·安德鲁斯（JeffAndrews）说，现在，“最新款的价格要贵得多。”

除成本外的另一个挑战是，新芯片通常只会加速特定的计算操作。这对于诸如人工智能和图形之类的任务很有用，但是对于不得不考虑以不同方式工作的处理器的软件程序员而言，这使工作变得更加艰难。

英特尔正试图通过称为oneAPI的新软件层来弥合这种芯片鸿沟。这是一个引人注目的举动：英特尔是硬件专家，但它拥抱软件是使它的芯片有用的重要步骤。

Koduri说：“硬件架构团队越来越需要由软件专家组成。”

新芯片的想法

在HotChips，处理器制造商还详细介绍了许多创新。其中最大的：

英特尔的TigerLake处理器采用了一种新的节能技术，即DVFS，即动态电压和频率缩放。芯片的不同部分在执行高优先级任务时可以运行得更快，而在省电方面则可以运行得更慢。英特尔现在在其多个处理器内核，内存系统以及将其全部连接在一起的通信结构之间权衡了优先级。

AMD的竞争对手Ryzen4000系列芯片（代号为Renoir，现已进入PC）是首批具有八个处理内核的超薄笔记本电脑芯片。建筑师SonuArora表示，AMD最初计划采用六核设计，但意识到精心设计可以容纳八核，以便在视频和照片编辑等任务上获得更好的性能。在给定的性能水平上，他们使用的功率只有其前任的一半。

IBM的Power10处理器拥有180亿个晶体管，并将在明年面世的大型Unix服务器中使用。可以将它们组合为一个具有多达240个处理核心的功能强大的服务器。另外，一个“pod”互连服务器可以共享多达2PB的内存。这对于诸如数据挖掘和管理库存数据库之类的大规模业务计算挑战很有用。

初创公司Lightmatter推出了其Mars芯片，以加速图像识别等AI工作。它与约十亿个具有成千上万个组件的常规晶体管结合使用光而不是电来传输数据和执行计算。这种光子技术背后的想法是减少功耗。