广为人知的摩尔定律是由英特尔(Intel)创始人之一戈登·摩尔(Gordon Moore)提出来的其内容为:当价格不变时,集成电路上可容纳的元器件的数目,约每隔18-24个月便会增加一倍,性能也将提升一倍。
换言之,每一美元所能买到的电脑性能,将每隔18-24个月翻一倍以上这一定律揭示了信息技术进步的速度 过去的半个多世纪,半导体行业一直遵循着摩尔定律(Moores law)的轨迹高速的发展,如今我们的半导体制程节点已经来到了5nm,借助于EUV光刻等先进技术,正在向3nm甚至更小的节点演进,每进步1nm,都需要付出巨大的努力,单纯靠提升工艺来提升芯片性能的方法已经无法充分满足时代的需求,半导体行业也逐步进入了后摩尔时代。
在后摩尔时代,技术路线基本按照2个不同的维度继续演进: “More Moore”:继续延续摩尔定律的精髓,以缩小数字集成电路的尺寸为目的,同时器件优化重心兼顾性能及功耗 “More than Moore”:芯片性能的提升不再靠单纯的堆叠晶体管,而更多地靠电路设计以及系统算法优化;同时,借助于先进封装技术,实现异质集成(heterogeneous integration),即把依靠先进工艺实现的数字芯片模块和依靠成熟工艺实现的模拟/射频等集成到一起以提升芯片性能。
通俗的说,过去的半个世纪,得益于半导体芯片产业飞速发展,在摩尔定律的驱动下,计算力一直保持着大跨度的发展1956年,英特尔创始人戈登·摩尔提出,集成电路的集成度每两年会翻一番,后这个周期缩短到18个月,微处理器的性能每隔18个月提高1倍。
然而,硅芯片已逼近物理和经济成本上的极限,各界纷纷预测,摩尔定律在不久的将来面临失效,半导体工艺升级带来的计算性能的提升不能再像以前那么快了,每一代制程工艺的研发和成熟需要的时间将越来越长制程发展减缓,新的替代材料和计算方式还未成熟,想要追求更高的计算力,可以从两个方向发展。
一个方向是向内,借助服务器系统架构的优化,打破数据读取瓶颈,从而提升单机计算力当前,服务器普遍采用的是冯诺依曼架构,即计算和存储分离,而CPU的处理速度和数据的读取速度却无法匹配纵观整个计算史,处理最缓慢的一部分就是从硬盘获取数据,很多处理性能都浪费在了等待数据到达上,数据存取问题成为目前提升计算速度的第一大难题。
另一个方向是向外,横向堆积更多的计算单元,提升数据中心的整体计算力计算单元的堆积意味着数据中心内的服务器设备越来越多,数据中心规模越来越大,但是这又会带来功耗、散热和运维管理的挑战根据市场调研机构Synergy Research发布的数显示,全球服务器保有量超过5万台的超大规模数据中心现在2018年超过430座,这个数量还将继续增。
而且,传统的数据中心多采用分布式架构,设备间的互连网络带宽远低于板内和设备内的互连带宽,并且网络协议复杂、层次众多,协议的转换和处理占用了大量系统资源,导致业务系统扩展性受到严重限制,数据中心面临网络性能瓶颈。
原中芯国际创始人兼 CEO 张汝京曾表示“第三代半导体有一个特点,它不是摩尔定律,是后摩尔定律,它的线宽都不是很小的,设备也不是特别的贵,但是它的材料不容易做,设计上要有优势” 中国工程院院士、浙江大学杭州国际科创中心领域首席科学家吴汉明此前就曾指出,“后摩尔时代”来临,中国IC产业面临重大机遇。
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