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芯片行業(yè)的困境 芯片行業(yè)的困境 過去幾十年，在摩爾定律的指導下，芯片中的晶體管數(shù)量大約每兩年翻一番。晶體管的微縮技術革新增加了晶體管的密度。摩爾定律在20世紀60年代首次被發(fā)現(xiàn)，并一直延續(xù)到2010年代，至此以后，晶體管密度的發(fā)展開始放緩。如今，主流芯片包含了數(shù)十億個晶體管，但如果摩爾定律能夠繼續(xù)按照當時的速度發(fā)展下去，它們的晶體管數(shù)量將是現(xiàn)在的15倍。 每一代晶體管密度的增加，被稱為“節(jié)點”。每個節(jié)點對應于晶體管的大小(以長度表示)，允許晶體管密度相對于前一個節(jié)點增加一倍。晶圓廠在2019年開始“風險生產(chǎn)”，即進行最新的5納米節(jié)點(“nm”)的實驗生產(chǎn)，預計在2020年實現(xiàn)量產(chǎn)，之前領先的節(jié)點是7納米和10納米。 伴隨著摩爾定律衍生出來的是，由于較小的晶體管通常比較大的晶體管消耗更少的功率，所以隨著晶體管密度的增加，單位芯片面積的功耗保持恒定。但是，晶體管的功耗降低速度在2007年左右有所放緩。 效率和速度的改進 遵循著摩爾定律的發(fā)展，自1960年代以來，CPU速度已大大提高。較大的晶體管密度主要通過“頻率縮放”來提高速度，即，晶體管在1和0之間切換更快，以允許給定執(zhí)行單元在每秒內(nèi)進行更多計算。由于較小的晶體管比較大的晶體管消耗的功率少，因此可以在不增加總功耗的情況下，提高晶體管的開關速度。圖1顯示了自1979年以來晶體管在密度，速度和效率方面的提高。 從1978年到1986年，頻率變化每年使速度增加22%。然后，從1986年到2003年，由于頻率擴展和設計的改進，使得并行計算得以實現(xiàn)，此時，計算速度以每年52%的速度增長。但隨著頻率擴展變慢，多核設計支持的并行性在2003年到2011年之間只能提供23%的年加速。利用可用CPU并行度的最后剩余部分，在2011年到2015年之間帶來了12%的年提速，之后CPU速度的增長速度放緩至每年僅增加3%。 效率也大大提高了由于晶體管尺寸的減小降低了每個晶體管的功耗，在2000年之前，芯片峰值使用期間的整體CPU效率每1.57年翻一番。從那以后，由于晶體管功率降低的速度減慢，效率每2.6年才提高一倍，相當于每年僅提高30%的效率。 |
