摩爾定律的瓶頸

上世紀60年代，摩爾發(fā)現(xiàn)半導(dǎo)體晶體管制程發(fā)展的速度對于一個半導(dǎo)體廠商至關(guān)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(dǎo)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(dǎo)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(fēng)險太大，一旦研發(fā)失敗公司就完蛋了。

摩爾發(fā)現(xiàn)當(dāng)時市場上成功的半導(dǎo)體廠商的制程進化速度大約是每年半導(dǎo)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(fēng)險之間一個良好的折中，半導(dǎo)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(shè)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(fù)雜性，NRE成本非常高。例如FinFET工藝往往需要使用double patterning技術(shù)，而且金屬層數(shù)可達15層之多，導(dǎo)致掩膜制作非常昂貴。另外，復(fù)雜工藝的設(shè)計規(guī)則也非常復(fù)雜，工程師需要許多時間去學(xué)習(xí)，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(shè)計和制造所需要的資本越來越高，而無力負擔(dān)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(dǎo)體工業(yè)從NMOS到CMOS演進的先驅(qū)。

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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(chǔ)，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(guān)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(xué)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(shè)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(shù)靈魂人物（1958～1983），DEC創(chuàng)始人Kenneth Olsen的學(xué)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(guān)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(gòu)、封裝技術(shù)的演化、甚至System-on-Wafer的技術(shù)都涌現(xiàn)出來，期望能夠進一步壓榨晶體管的性能，也相應(yīng)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(lǐng)域，即微笑曲線的中間。很多學(xué)理工科的人都有這個幻覺，覺得自己做技術(shù)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(xué)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(shù)全部都是依靠歐美轉(zhuǎn)移。

什么算真正最左側(cè)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(jié)

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