晶片大變革之帝國落日（1）1965，無關緊要的一年
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文/矽總
來源：@矽總
我喜歡，以回顧來開啟自己的論述。雖說在歷史的長河裡，總不乏激動人心的時刻，但我更傾向於採用黃仁宇先生在寫鑄《萬曆十五年》時的那種大歷史觀，由看似微不足道的小事情展開，而後慢慢把整段歷史渲染殆盡。
當然，回顧的最終目的，仍是為了探索未來，並給出合乎邏輯的啟示，也唯有如此，回顧才會變得有意義，有所值。
好吧，那麼就先從1965年講起。
1965，在科技的歷史上，似乎是平淡乏味的一年。這一年，離未來兩大霸主英特爾和微軟的誕生還有三年和十年的光景。全世界的人們對科技的感知仍然模糊而遲鈍，彼時的主旋律更多沉浸在美蘇意識形態的深深對抗之中。奔波勞作的人類，為了各自的信仰，把那場沒有硝煙的政治冷戰，歇斯底里地推向巔峰。
然而，世界上，總有些事情在靜悄悄地發生著。
1965年4月份的《電子》雜誌（Electronics）上，摩爾（Gordon Moore）低調發表了一篇簡短的論文，僅僅三頁。當時，沒有人能察覺到，這篇論文會在此後的五十年間，為晶片產業的帝國奠定發展之基石，更進而掀起了風起雲湧，波瀾壯闊的科技革命。這其間，故事迭起，英雄輩出，有Intel與AMD的雙雄爭霸，有比爾蓋茨主導的Wintel一統江山，有高通橫刀立馬於3G時代，有黃仁勳滅盡巫毒開創GPU王朝，每每道來，都不禁令人驚歎於科技天才們所帶來的無窮魅力。
然而，說起當年的那篇小論文，怕是你我連正眼也懶得去瞄一下，因為它連標題都起得如此不經意，甚至可以說，盡顯寒磣。這篇論文的標題叫做《整合電路里正塞入更多的元件》[1]。這篇當時無人珍視的論文，在度過了十個春秋的寂寞之後，於1975年，被大科學家米德（Carver Mead）從故紙堆裡拎了出來，總結通篇精華，並冠以作者的姓名，謂之：“摩爾定律”[2]。對於摩爾來說，當真是：生我者父母，知我者米德也。
自此之後，這一“刻意而為”的定律，便仿若天生仲尼一般，使得晶片世界在長達五十多年的時間裡，再無漫漫黑夜。
其實，摩爾定律有好幾個版本，從1965年的最初版，到1975年的修訂版，再到現在大眾所熟知的誤傳版。1965年的版本里，摩爾提出：晶片的整合度每年都會翻倍。1975年摩爾修正為：晶片的整合度每兩年會翻倍。當前廣為接受的誤傳版本：晶片的整合度每18個月翻倍。（摩爾自稱，從未說過“18個月”這一數字。）
這裡需要提醒的是，摩爾在論文裡所指的整合度，是在最小成本（minimum component cost）意義上的整合度。但通俗而言，人們都忽略了“最小成本”的概念，而把它理解為在“同等成本”下的整合度。這倒也無傷大雅。
雖然上述三個版本的摩爾定律，對細節的描述各有不同，但總體來說，還是一致的，即：隨著工藝的發展，晶片整合度與時間的關係，呈單調指數級遞增。我用下面的公式來描述摩爾定律：x(t)代表晶片整合度，隨著時間t，呈指數級增長，其增長率r為2，時間常量τ約等於兩年。
這裡x0是初始值，大約為8，是預設的在1965年的整合度，可以簡單理解為1顆晶片上能整合8個電晶體（大致相當於一個bit的SRAM Cell）。x1是1975年的整合度，大約為8192。
按照上面的公式推算，在2015年的時候，晶片的整合度約為80億個電晶體。這一數字，與Intel在2016年初發布的Xeon Broadwell-E5（72億電晶體），和Nvidia在2015釋出的GM200 Maxwell（80億電晶體），竟是驚人地接近！
這就是，天才摩爾在五十多年前的那個春天裡，所做出的一個靜悄悄的“神諭”。
這篇論文的發表，並沒有給摩爾帶來太多的關注。他的生活，一如既往，仍是整日沉浸在快捷半導體在Palo Alto的實驗室裡，開發著各種各樣至關重要的晶片：MOS場效電晶體，運算放大器，RTL數字邏輯晶片，等等。
然而，讓摩爾未曾料到的是，在快捷半導體欣欣向榮的風光之下，一場集團內部的“政治鬥爭”正呈現出山雨欲來之勢。
事情的起因很簡單：母公司“仙童攝影器材公司”，把子公司快捷半導體的盈利移走，補貼給其它虧損的部門，並且母公司給快捷半導體部門管理層的股票獎勵居然還大大少於那些虧損部門的管理層。畢竟，快捷半導體一向被母公司看作是外來的“庶子”。
這一年，摩爾本人，也因為在研發RTL數字邏輯晶片上的一個失誤，而受到了母公司的指責。當時的情況是，摩爾所領導的團隊研發出了非常廉價的RTL數字邏輯晶片，並和美國軍方簽了訂單。但在實際使用中卻發現，這種RTL數字邏輯晶片根本無法承受軍用的苛刻環境，常常被高電壓擊穿。如此一來，產品被退回，還大大影響了仙童的聲譽。後來，摩爾的團隊花了相當長的時間，才設計出了另一種高可靠性的DTL邏輯晶片，但當年的損失卻是無法彌補了。
唉，即使是天才，也未必能夠百分百做對每一件事情。尤其是對於工程研發人員來說，有這麼一種尷尬而苦惱的情形：當你做的工作越多，你出錯的可能性就會越大，而任何一個錯誤的出現，都會毀了你一年的考評。
這一切，自然引起了摩爾的上司，諾伊斯（Robert Noyce）的強烈不滿。諾伊斯是快捷半導體的負責人，也是摩爾的摯友，他們曾一起從諾貝爾獎得主肖克利教授的實驗室“叛逃”，二人俱是矽谷歷史上赫赫有名的“八大錘”（Traitorous Eight）成員。
不久之後，諾伊斯也在與母公司高管的爭鬥中，敗下陣來，不僅沒有獲得原本承諾的升遷，職權範圍還被一再縮小。在這種不斷的內耗之下，快捷半導體於1967年遭受了史上第一次的虧損，鉅虧760萬美元。
有時候，在失敗已成定局的時候，人們反而能夠掙脫了束縛。
1968年，摩爾、諾伊斯、還有安迪葛魯夫（當時是摩爾的下屬），一起離開仙童，建立Intel。三年之前，摩爾所總結出來的定律，沒能在仙童獲得足夠的認可，但卻在之後的Intel公司裡，成為了指引CPU研發的金科玉律，並進而掀起了整個晶片產業的第一場偉大革命......
圖內左起：Andy Grove, Robert Noyce, and Gordon Moore
今天，在2018的歲末，我回顧了那個似乎無關緊要的1965，其目的並非是感嘆過往，傷懷舊事，而是因為這個持續了五十餘年的晶片產業正面臨著第二場風雲激盪的大變革。倘若把整個產業形容為一個帝國，那麼自“高祖”摩爾定鼎以來，天下太平五十年之後，原本牢不可破的基石，“摩爾定律”，正在被物理學極限的“山洪”一片片沖刷散去。帝國根基已然不穩，滿目望去，盡是撒在桑榆之間的落日餘暉。
確切地說，摩爾定律在輝煌五十載後，終於走到了盡頭。在本系列後面的文章裡，我將會討論晶片產業所面臨的三大挑戰：摩爾終結，智慧計算，物聯組網。這三點，即是挑戰，也是方向。未來的晶片產業，幾乎所有之變革都會以這三點為基礎，延展而生。
當我們把目光再次回落到1965，這一年可能只是大多數工程師默默耕耘的365個普通的日日夜夜。我們不妨站在時光的欄杆處，看那些風景歷歷，看那些過客匆匆：這一年，36歲的摩爾還在快捷半導體擔任研發總監，三年之後才會去建立偉大的Intel；這一年，比爾蓋茨十歲，正在讀小學，三年之後才會接觸到那臺改變了其人生的Teletype Model 33 ASR；這一年，喬布斯也十歲，卻已經展現出來一種成熟的“社交天賦”，他並不願與同齡人為伍，而是深深沉迷於和一群電子工程師們交朋友；這一年......
我希望，2018，也是一個如此靜悄悄的年代。
[1]. Moore, Gordon E. “Cramming more components onto integrated circuits”. Electronics. April 09, 1965.
[2]. Gelsinger, Pat. “Moore’s Law – The Genius Lives on”. IEEE solid-state circuits society newsletter. September, 2006.
（下一篇，討論摩爾定律終結所帶來的變革。讀者們，稍候：）
