摩爾定律極限鎖死了半導(dǎo)體，或許根本沒有通用處理盡管摩爾定律無法再以相同的步調(diào)前進，但芯片、系統(tǒng)和軟件技術(shù)仍將持續(xù)進展。與會的專家們補充說，如果沒有明確的CMOS縮縮替代方案，半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)和系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)可能會形成封閉的孤島。
史丹佛大學(xué)(Stanford University)第10任校長John Hennessy說：“摩爾定律是指晶體管的密度每18個月增加一倍，這已經(jīng)持續(xù)了25年，但是從2000-2005年間開始逐漸放緩到間隔兩三年，最近更演變?yōu)槊扛羲哪瓯对鲆淮?，因此，業(yè)界正逐漸走向我們所預(yù)期的半導(dǎo)體技術(shù)盡頭。”
CMOS微縮“并未結(jié)束，只是暫緩”？
另一種相關(guān)的觀點——Dennard Scaling，強調(diào)的是對于能量的需求將隨著芯片微縮而減少。Hennessy指出，Dennard Scaling定律“已經(jīng)發(fā)展10-15年了，開啟了快速轉(zhuǎn)向多核心處理器的暗硅(dark silicon)時代。”
事實上，摩爾定律是有關(guān)經(jīng)濟學(xué)的觀察，而不是實體定律。普林斯頓大學(xué)(Princeton University)系統(tǒng)專家Margaret Martonosi認為，問題在于是否能找到另一種像CMOS一樣帶來投資報酬率的實體面。
在微軟(Microsoft) Azure云端服務(wù)部門負責(zé)FPGA加速器的工程師Doug Burger表示，“摩爾定律是有關(guān)密度微縮的速率，但我們正以一種可預(yù)測的速度走向盡頭，再經(jīng)過幾個世代就會達到實體極限了。”
Google TPU加速器研發(fā)團隊主管Norm Jouppi說，“我認為CMOS微縮還有幾年的時間。在未來十年內(nèi)還將持續(xù)看到一些相關(guān)應(yīng)用的性能提升，但其他的應(yīng)用可能趨緩。”
Jouppi諷刺地說，業(yè)界仍在否認有關(guān)摩爾定律極限的事實，就像英國喜劇團體Monty Python知名喜劇“死掉的鸚鵡”(Dead Parrot)中的店家所說一樣——鸚鵡“并沒死掉，它只是在休息”。
DRAM最先發(fā)展到極限？
Hennessy指出，DRAM可能是最先發(fā)展到極限的主要組件。而其結(jié)果“將導(dǎo)致整個生態(tài)系不均衡，”Burger認為。
為了克服DRAM形成內(nèi)存缺口的挑戰(zhàn)，Jouppi認為“垂直NAND是最有力的解決方案”，但還必須進行多方面的投資。
閃存(Flash)一開始是以數(shù)字相機的儲存應(yīng)用之姿出現(xiàn)。微軟(Microsoft)杰出工程師暨麻省理工學(xué)院(MIT)兼任教授Butler Lampson指出，如今，接口技術(shù)已大幅改善了，但“仍然缺少最佳的閃存運算接口”。
不管接下來還會出現(xiàn)什么，Burger認為：“后摩爾定律(post-Moore’s law)時代的新典范將大幅改變…從現(xiàn)在起的20年，產(chǎn)業(yè)將發(fā)生前所未有的轉(zhuǎn)變。”
微軟工程師Doug Burger在德州大學(xué)奧斯汀分校首創(chuàng)圖形運算 （來源：ACM）
盡管晶圓廠的成本上漲導(dǎo)致芯片制造商間發(fā)生前所未見的整并，“只要我們有三、四家穩(wěn)定的廠商，就能存在良性的競爭，”Jouppi強調(diào)，“就像iPhone的需求帶來許多市場壓力。”
Burger和Jouppi都預(yù)測“特定領(lǐng)域的架構(gòu)”將會增加，從而為特定市場帶來最佳表現(xiàn)。Burger認為這一趨勢將帶來‘Franken-systems’，“……但業(yè)界已經(jīng)發(fā)展得夠強大，足以適應(yīng)這個趨勢。”
Hennessy問道，如果計算機產(chǎn)業(yè)回到從芯片到應(yīng)用都由同一家公司來做的垂直整合時代呢？就像蘋果(Apple)正朝這個方向前進，而Google似乎也會遵循同樣的道路發(fā)展。
盡管如此，Jouppi說：“還有一些其他架構(gòu)正快速成長，有些是由芯片供貨商以及一些由云端供貨商實現(xiàn)的。”
不過，在統(tǒng)一幾種指令集后，是否會有一些新的處理器公司出現(xiàn)？專題討論成員之間的看法紛歧。Hennessy說：“芯片設(shè)計需要極其復(fù)雜專業(yè)的技術(shù)，因此，幾家公司之間的處理器設(shè)計人員連手極具價值。”
新的界面和量子應(yīng)用需求
摩爾定律緩步走向盡頭，也破壞了軟件開發(fā)人員在芯片(指令集架構(gòu))中隔離的策略抽象層。現(xiàn)在需要新的電路板接口，或許是為了較大的垂直市場，但實際上應(yīng)該是什么目前還不得而知。
利用指令集架構(gòu)(ISA)，軟件開發(fā)人員可以“進行相對較小的更動，”但是，Martonosi說：“目前在智能手機處理器上已經(jīng)有大約6個ISA了，一半的SoC面積則是不帶ISA的加速器。”
她表示，新的架構(gòu)和工具庫有助于填補這一差距，但是他們創(chuàng)造的系統(tǒng)“難以驗證和確?？煽啃?hellip;這將會使情況變得更糟糕”。她補充說，如果特定市場的系統(tǒng)開始定義自己的接口，將會需要新的設(shè)計流程以及能開發(fā)堆棧芯片的工程師。
Burger說，云端運算的工作負載仍然多樣化。云端供貨商也擁有數(shù)百萬家的客戶，“即使是大型公司運用了我們1-2%的服務(wù)器資源，也可以每周或每月更新——但這對FPGA來說還是太快了。”他強調(diào)，所謂的可編程芯片“仍然太難以編程”。
專題討論的專家們認為，摩爾定律的式微，造成業(yè)界對于更高效軟件和通用處理器的迫切需求。
Jouppi說：“我希望未來能進一步改善軟件和硬件，業(yè)界過去在這兩方面的態(tài)度不夠積極，而且還有空間以及足夠的時間提升效率。”
“或許無法再像摩爾定律時那么好了，但是在應(yīng)用程序、算法和硬件方面都還有改進的空間，”Alto投資公司之一的Lampson指出。
- Margaret Martonosi寫了兩本有關(guān)計算機電源效應(yīng)的教科書*
多年來深入這一領(lǐng)域研究的Martonosi表示，長期以來，沒有任何可取代摩爾定律的有力解決方案，但量子計算機看來頗具發(fā)展前景。
Martonosi說：“從實體的觀點來看，好消息是‘量子系統(tǒng)’非常接近現(xiàn)實。在最近的一、兩年內(nèi)就能實現(xiàn)一個50-100量子位(Qbit)的機器，而且還有人能為其編寫程序，使其為經(jīng)典系統(tǒng)提高速度。”
截至目前為止，壞消息僅止于幾種已知系統(tǒng)的較小應(yīng)用。她補充說：“如今在廣泛應(yīng)用中所需的量子位數(shù)以及我們能打造可靠的系統(tǒng)數(shù)量之間存在著巨大差距……而未來誰將會購買這些數(shù)千量子位的系統(tǒng)以及針對哪些應(yīng)用，目前仍不明朗。”
“我們將著手打造量子計算機，但應(yīng)用于解決哪些重大的問題——這都還有待觀察，”不過，Burger指出，他已經(jīng)注意到未來將有更多基于蛋白質(zhì)途徑的可編程生物學(xué)研究了。
