多核和堆栈芯片呼之欲出 摩尔定律香火未断

　　随着发热量的提高，如今的芯片性能发展似乎已经遭遇了桎梏，人们不禁又开始怀疑起闻名于IT业界的摩尔定律。然而如果让我们共同浏览一下业界的最新芯片技术，就会清楚的发现这种观点只不过是杞人忧天而已。  
 
　　在追逐速度的芯片世界中，永远没有知足这个概念。实际上如今我们的桌面电脑的性能已经足够模拟银河系的诞生过程，并且手机和PDA等产品也提供了丰富多彩的接入功能，不过大多数人都这些功能甚至毫不知晓。因此人们已经开始怀疑IT业界的金科玉律——摩尔定律，我们是否还需要芯片性能每18个月翻一番的增长速度？ 

　　电子工业的回答是肯定的。虽然世界范围手机的普及率已经很高，然而目前仍然有数亿人没有能力购买属于自己的手机，更何况个人电脑。因此摩尔定律已经不仅仅是对高端产品性能的衡量指标，随着芯片性能的攀升，普通水平产品的售价将会得以下降，这样就使得越来越多的人能够买的起电脑。 

　　然而如今摩尔定律的实现已经不仅仅是惯性的问题了，它还需要各大芯片制造商的想象力。一直以来，芯片产业的发展都固定在单一的模式之内：缩小芯片上晶体管的体积，因此电子需要流动的距离就得以减少，最终导致了数据传输速度的提升。在90年代的时候，芯片业界经历了繁荣期，Gartner分析家加里.史密斯将那个时代称为“奶油蛋糕时代”，以此来凸现业界的发展速度之快。时过境迁，曾经的性能提高秘诀已经不再适用，主要的原因就是芯片发热量的急速攀升，而芯片性能的根本性的提高也已经几乎止步不前。在今年《商业周刊》评选的IT100列表中，芯片巨头英特尔仅仅位列52，与此同时蓝色巨人IBM为44，在此之前两位难兄难弟不约而同的推迟了新型处理器产品的发布日期。 

　　不过芯片制造商似乎对缩小晶体管数量的做法抱有足够的信心，他们认为在遇到真正的瓶颈之前凭借这种方法还可以支撑芯片产业的快速发展。目前这些芯片巨头正在实验新的芯片材质和制造工具，而大多数专家把目光投向了纳米技术。如今的芯片产品中的电路线宽度为90纳米，相当于900亿分之一米。根据国际半导体技术路线图计划，到今年年底这个数字将会下降到65纳米，到2010年为45纳米，2013年为32纳米，2016年达到22纳米。 

　　幸运的是，解决性能提升问题的方法并不是只有一条。如今的多内核芯片为芯片发展的未来之路指明了又一个方向。不过使用多内核技术的个人电脑将不能识别如今的软件，因此未来此项技术的普及也许会引起软件业界的大改革。实际上工程师们在缩减尺寸和多内核之外还找到了其他一些方法，例如在一层芯片上叠加另一层芯片，或者创建全新的堆栈电路，甚至使用全新架构的3D芯片模型。分析家表示，这些新技术将足够保证价值2270亿美元的芯片产业在未来几十年中的健康发展。“我们很快就会目睹一系列芯片领域的技术革新。”IBM系统技术和微型架构部门经理菲利普.艾马先生如是说。在这一系列革新中，首当其冲的就是如今芯片业界的热门--多内核。艾马先生表示：“就好比一位300磅(136公斤)重的大力士，他可以完成艰巨的任务，然而两位150磅的瘦子加起来所能完成的工作无疑要超过大力士。”在桌面电脑领域这个概念同样成立，一块3GHz的处理器在性能方面要低于两块2GHz处理器的整合体，然而后者在发热量方面要低许多。实际上多内核芯片的概念已经被广泛的应用于超级计算机领域，如今IBM世界闻名的蓝色基因系列超级计算机中整合了多达65000块微型处理器，不过分析家预测家用桌面市场的多内核芯片颠峰为8块左右。 

　　与此同时，更为激进的改革措施包括三维或者堆栈设计芯片，通过将芯片功能垂直排列，他们将会极大程度的提高产品性能。据消费者电子巨头德州电器CTO汉斯.斯托克先生透露，如今消费者电子制造商在这一领域已经有所涉猎。例如手机和PDA等便携产品，独立的芯片往往以堆栈的形式一层压一层，中间利用电路板隔开，并且以导线链接。那么堆栈设计的芯片为何能够提升运算速度？美国Rensselaer 

　　Polytechnic Institute 

　　大学教授詹姆斯为了我提供了很好的解释：将一块1平方厘米的微型处理器切割成四块，而将重要的功能直接连接到相应的块中，这样电子的运行距离就会缩小足足2000倍！而电子运行距离的缩短也就意味着功耗的降低，进而直接降低产品的发热量。与此同时詹姆斯教授还表示，通过在如今的2维90纳米芯片上使用堆栈技术，产品的性能将有望一次性被提高到六年以后的32纳米水平。不过就如同建立一座摩天大楼的难度要远远超过普通楼房，3D架构芯片的实现仍然面临诸多急待解决的问题，例如复杂的3D芯片设计和开发工具。 

　　另一方面，芯片硬件的架构改革也会引起软件领域的变化。如今市场上专门为多内核芯片设计的软件程序少之又少。然而IBM下一代计算系统软件部门领导莎克.达加斯表示，专门为多内核编写的软件程序在运行效率方面要明显高于传统产品，而这种性能优势在媒体和游戏软件上体现得更为突出。不过多内核芯片软件的编写周期也和性能提高一样惊人，达加斯先生表示多内核软件的编写“是目前电脑科学领域最为艰难的课题之一。”面对这种挑战，英特尔表示旗下10000款软件中的3000款将最终被多内核化。 

　　实际上在1965年摩尔先生提出举世闻名的“摩尔定律”以来，这条定律就一直是人们争论的焦点，不过芯片业界用一次又一次的行动证明了摩尔定律的正确。而如今这些芯片产业中的新型技术是否将会延续这一经历了30年风风雨雨的定律的寿命？让我们拭目以待。