摩尔定律，真的死了吗？

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1965 年，戈登·摩尔 (Gordon Moore) 定义了计算创新的节奏与成本之间的关系，即后来的“摩尔定律”。该规则既描述又启发了信息时代的指数增长。

正如摩尔所预测的那样，集成电路的处理能力每两年就会翻一番。芯片变得更小、更快、更便宜。晶体管缩小了，能源需求也下降了。正如摩尔的设想，计算机改变了我们的基础设施、家庭和手指。市场适应了这种有规律的进步速度，软件行业蓬勃发展。

我们期待着技术的快速进步。但摩尔定律能永远持续下去吗？

尽管英特尔取得了成功，但人们对英特尔创始人的预测是否正确的质疑却并不新鲜。长期以来，人们对基础物理学极限的担忧一直伴随着晶体管尺寸减半的要求，而控制能源成本和热量的新困难已成为过去十年工程挑战的头条新闻。

随着前进道路上的障碍不断增加，专家们对计算技术的未来变得更加深思熟虑和雄心勃勃。

在本次问答中，计算机与信息科学 (CIS) 和电气与系统工程 (ESE) 教授Ben Lee以及 CIS 和 ESE 电气工程 Boileau 教授André DeHon深入探讨了摩尔定律的风险，并反思了其可能终结的后果和机遇。

问：我们从摩尔定律中得到了什么？

André DeHon：摩尔定律一直是创新和财富创造的引擎。凭借定期将电路中的晶体管数量翻倍的能力，我们能够创造性地利用计算机的功能。由于摩尔定律，最初作为高端应用的技术进步价格迅速下降并成为消费产品。摩尔定律使计算无处不在，使技术民主化并促进了我们的经济增长。

Ben Lee：得益于摩尔定律，我们生活在一个由大规模部署的廉价计算构建的世界。一方面，我们有数据中心计算和数据中心支持的服务。另一方面，我们有消费设备和电子产品。在它们之间，我们拥有一个极其丰富的软件生态系统，而这要归功于计算的丰富性。我们能够依赖具有大量内存、处理能力和速度的芯片的稳定供应——所有这些都保证了这些芯片将继续以正常的速度和指数级增长。

问：当我们谈论摩尔定律的终结时，我们是否在谈论这种富足的终结？

Ben Lee：很有可能。如果底层硬件变得不那么丰富或功能不那么强大——如果我们不能继续改进内存、处理能力或速度——这将限制我们在软件上构建的内容。而且我们在扩展方面已经遇到了麻烦。以增强现实为例。如果我们想扩展 AR 的功能，而摩尔定律不再适用，可穿戴设备可能会变得过于笨重和发热，从而使整个媒体形式面临停滞的风险。再想想人工智能。我们看到很多数据中心和 GPU 专用于人工智能应用。如果这些芯片不能变得更小、更节能或更不发热，我们将看到数据中心建筑的真正扩张。

André DeHon：我之前提到的民主化也将面临风险。我们谈论的是资源丰富的实体与普通民众之间的差距越来越大。购买所有这些芯片并构建这些网络和数据中心将需要大量资金。技术将不再涓滴而下。工程师是突破限制的专家。摩尔定律的终结将使我们面临风险，但这种压力是否也会带来尝试新事物的机会？

André DeHon：没错。这揭示了摩尔定律的一个缺点。因为我们有能力不断减小晶体管尺寸来提高计算能力，所以我们一直在用晶体管来解决不需要它们作为解决方案的问题。这是一种蛮力方法，摩尔定律以牺牲更聪明的方法（如创造性架构和软件和硬件工程师之间更好的协调）为代价来激励它。但也有一些例外。MP3 设计的编码非常巧妙。它比摩尔定律实现它的时间早了大约十年，它就为我们带来了数字音乐。

Ben Lee：在 21 世纪初期，科学计算（高性能计算）需要大幅提高能源效率，而摩尔定律无法实现这一点。通常依赖芯片上内核数量的指数增长对于此类应用来说是死路一条，因此我们看到了一些真正的创造性思维（从 CPU 转向 GPU），以及对定制设计（包括硬件与软件协同设计）的重新兴趣。

问：既然已经有了绕过摩尔定律的创新记录，那么我们是否有机会在不同的硬件故事中继续看到同样的进步？

Ben Lee：有可能。我对成本并不完全乐观。这些新技术的成本会很高，而且我们还没有明确的途径来实现公平使用。

André DeHon：然而，有很多事情值得乐观。摩尔定律具有革命性，但它也导致人们依赖粗糙的解决方案来解决我们本可以用创造力和效率解决的问题。未来将由计算机工程师创造，他们现在可以优先考虑这种创新。还有很多事情需要赶上。

https://magazine.seas.upenn.edu/2024-2025/is-moores-law-really-dead/

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