起底“摩爾定律”：技術(shù)預(yù)測、商業(yè)廣告還是謊言？

1965年4月19日，彼時(shí)的老牌專業(yè)雜志《電子學(xué)》發(fā)布了一篇名為“讓集成電路填滿更多的元件”的評論文章。在這篇文章中，撰稿人戈登·摩爾根據(jù)自己觀察的前幾年行業(yè)規(guī)律提出了一個(gè)知名的預(yù)言：“在最小成本的前提下，集成電路所含有的元件數(shù)量大約每年便能增加一倍（原文：The complexity for minimum component costs has increased at a rate of roughly a factor of two per year ，引自Intel官網(wǎng)相關(guān)文章）”。

當(dāng)然，稍微關(guān)注消費(fèi)電子領(lǐng)域的朋友們聽到這句話，應(yīng)該都能反應(yīng)過來了——沒錯(cuò)，這就是大名鼎鼎的“摩爾定律”。而且準(zhǔn)確來說，這才是摩爾定律最初、也最原本的意思。至于大家可能更熟悉的“每18個(gè)月，電子計(jì)算機(jī)的性能提升一倍，或者價(jià)格下降一半”，那其實(shí)是后人從“摩爾定律”中穿鑿附會(huì)而來，“18個(gè)月”并非摩爾的本意，“性能或價(jià)格”更不是他關(guān)注的重點(diǎn)。

那么，為什么我們要在今天詳細(xì)地重提摩爾定律呢？一方面是應(yīng)讀者們的要求進(jìn)行這方面的科普。另一方面更因?yàn)樵跍?zhǔn)備相關(guān)材料時(shí)，我們?nèi)咨畹木庉媯円庾R到，人們對于這條幾十年前的半導(dǎo)體行業(yè)“金科玉律”，時(shí)至今日實(shí)在是有著太多太多的誤解、扭曲甚至是刻意附會(huì)，因此在經(jīng)過商議之后，我們決定用這篇文章來盡可能地給大家詳述“摩爾定律”的意義、影響，以及它所謂的“失效”和對我們大眾消費(fèi)者所造成的實(shí)際影響。

• 摩爾定律，其實(shí)它根本就不是一個(gè)定律

首先，我們希望大家明白一件事——盡管我們?yōu)榱藗鞑ズ屠斫馍系姆奖?，使用了“摩爾定律”這個(gè)名稱。但實(shí)際上“摩爾定律”并不是一個(gè)真正的科學(xué)定律！

當(dāng)然，我們不否認(rèn)“摩爾定律”的提出者戈登·摩爾作為全世界半導(dǎo)體行業(yè)的先驅(qū)，作為曾經(jīng)有名的“仙童八叛徒”以及當(dāng)今芯片巨頭英特爾的創(chuàng)始人之一，老先生本人的權(quán)威當(dāng)然是非常高的。但是，即便如此，他所提出的“摩爾定律”依然不是客觀存在的自然規(guī)律，只是一種經(jīng)驗(yàn)主義的說法。注意，這可不是我們說的，而是英特爾方面的說法。用英特爾官網(wǎng)上的的原話來說，包含著“摩爾定律”原句的那篇文章（讓集成電路填滿更多的元件），本質(zhì)上也只不過是“專家對未來的愿景（The experts look ahead）”而已。

明白了這個(gè)道理，那么所謂“摩爾定律的有效性”其實(shí)就變成了一個(gè)非常吊詭的事情。首先，回顧歷史，我們會(huì)發(fā)現(xiàn)摩爾定律其實(shí)在傳播的過程中經(jīng)歷過多次“修正”。首先是在1975年，摩爾自己在將“摩爾定律”寫成論文提交給IEEE國際電子組件大會(huì)時(shí)，便將原本理論中的“一年增加一倍”改成了“兩年增加一倍”——據(jù)他自己說，這是“根據(jù)當(dāng)時(shí)的實(shí)際情況進(jìn)行了改動(dòng)”。而許多人現(xiàn)在所熟悉的“每十八個(gè)月增加一倍”，則又是后來的英特爾CEO大衛(wèi)·豪斯在摩爾定律基礎(chǔ)上所做的“魔改”——而且，豪斯不僅將時(shí)間改成了十八個(gè)月，還將“元件數(shù)量增加一倍”曲解成了“性能提高一倍”。

奔騰4處理器的晶體管數(shù)量是符合摩爾定律的，但它的性能顯然并不符合這一規(guī)律

對于半導(dǎo)體產(chǎn)品來說，晶體管數(shù)量翻番是不是一定就會(huì)帶來性能翻倍呢？稍有常識的人都知道不一定。但是，經(jīng)過大衛(wèi)·豪斯這么一解釋，“摩爾定律”的整個(gè)內(nèi)涵其實(shí)就悄然發(fā)生了極大的改變：

如果說，原始的“摩爾定律”還只不過是一名行業(yè)專家對于業(yè)內(nèi)生產(chǎn)工藝的一種推論，那么扯上了“性能”之后的摩爾定律，就已經(jīng)變成了半導(dǎo)體行業(yè)自我標(biāo)榜的一種符號——我很先進(jìn)，因?yàn)槲乙恢痹谶M(jìn)步。與此同時(shí)，它也無形中給了商家說服消費(fèi)者換機(jī)的理由——根據(jù)摩爾定律，老舊的電腦/手機(jī)/游戲機(jī)淘汰起來是很快噠，所以趕緊買新的吧！

• 商業(yè)化時(shí)代的摩爾定律：它早已成為了一種促銷手段

當(dāng)然，不可否認(rèn)的是，由于摩爾定律作為半導(dǎo)體行業(yè)“規(guī)則”的存在，它客觀上曾經(jīng)在很長一段時(shí)間里促進(jìn)了整個(gè)半導(dǎo)體行業(yè)的自我進(jìn)步，但是，自從“摩爾定律”和消費(fèi)電子、和商家們促進(jìn)消費(fèi)的心理扯上了關(guān)系，為了讓普通的消費(fèi)者能夠認(rèn)同這個(gè)原本很嚴(yán)肅但其實(shí)并不嚴(yán)謹(jǐn)?shù)摹岸伞?，行業(yè)大佬們可謂是煞費(fèi)苦心——一方面，他們將摩爾定律中的“元器件數(shù)量”異化成了“性能”，另一方面又反復(fù)倒騰原本“在最優(yōu)的成本下”這句話，將它歪曲解釋成了“半導(dǎo)體產(chǎn)品（乃至最終的電腦）的價(jià)格”。然而，即便如此，所謂“計(jì)算機(jī)的性能每十八個(gè)月就翻一番，或者價(jià)格降低一半”這樣的言論看起來依然不夠有說服力——特別是這個(gè)所謂的“性能”，到底要如何才能讓潛在的消費(fèi)者更直觀地感受到呢？

這個(gè)時(shí)候，有趣的事情就發(fā)生了——當(dāng)計(jì)算機(jī)CPU還處在單核時(shí)代時(shí)，廠商們用主頻指代了性能；當(dāng)計(jì)算機(jī)CPU開始進(jìn)入雙核、四核時(shí)代時(shí)，“制程數(shù)字”被拿來作為摩爾定律的直接指標(biāo)；而到了如今，當(dāng)主頻、制程的提升都變得越來越困難時(shí)，“對飚核心數(shù)量、比拼XXXX跑分軟件的成績”又似乎成為了“證明”新時(shí)代摩爾定律依然有效的證據(jù)。

基于Intel Xeon W3175X 28核處理器和兩塊RTX2080Ti顯卡的最強(qiáng)個(gè)人工作站，價(jià)格嘛…………

當(dāng)然，這樣變來變?nèi)サ男麄鞑呗?，也同時(shí)帶來了一些令人意想不到的負(fù)面效果——那就是所謂“摩爾定律的失效”。在十幾年前，當(dāng)奔騰4處理器的主頻無法再提升的時(shí)候，人們開始質(zhì)疑“摩爾定律是不是已經(jīng)失效了”？在幾年前，當(dāng)Intel聲明新半導(dǎo)體工藝的部署速度已無法再跟上“Tick-Tock”戰(zhàn)略的節(jié)奏時(shí)，又有一些磚家學(xué)者開始聲稱摩爾定律已到極限。至于今天，當(dāng)我們看到諸如i9-9990XE、RTX Titan這樣的旗艦硬件產(chǎn)品相比上一代價(jià)格大幅上升時(shí)，相信也會(huì)有普通消費(fèi)者產(chǎn)生這樣的疑問：不是說好的十八個(gè)月之后硬件性能翻倍而價(jià)格不變么？是不是摩爾定律早已失效了？

• 摩爾定律失效了？技術(shù)上沒有，但實(shí)際上早已發(fā)生

其實(shí)，原始的摩爾定律本來就是一種粗暴簡單的猜測，它不是什么客觀規(guī)律。自然也不存在有效沒效——之所以在過去的幾十年里摩爾定律被大抵認(rèn)為有效，一方面是源自戈登·摩爾本身的名人效應(yīng)使人們選擇性忽略了它的反例；而更重要的原因，則在于包括Intel、臺積電、AMD在內(nèi)的一系列相關(guān)廠商實(shí)際上是在主動(dòng)用自己的產(chǎn)品規(guī)劃去“支撐”著摩爾定律——支撐著大眾消費(fèi)者對于消費(fèi)電子的信仰。說得更直白一點(diǎn)，就算有一天，半導(dǎo)體制程真的到達(dá)了物理極限，CPU廠商們也一樣能夠通過多層堆疊之類的技術(shù)繼續(xù)造出更大、更強(qiáng)的產(chǎn)品，繼續(xù)“證明”摩爾定律依然有效。

但是，你知道么？如果按照現(xiàn)代商業(yè)化的思路來解釋的話，其實(shí)摩爾定律是早就“失效”了的！

這是什么道理呢？很簡單，這么多年來，半導(dǎo)體巨頭們一直以他們所理解的摩爾定律，告訴我們3C產(chǎn)品技術(shù)進(jìn)步極快、性能一年翻一番、早買早享受、晚買享折扣……但實(shí)際上，他們口中的“性能”更多地只是一種理論上的算力，而并不是消費(fèi)者能夠?qū)嶋H感受到的流暢度。

IBM 5100型電腦，在那個(gè)時(shí)代，所有的電腦用戶必然都是大神

之所以會(huì)發(fā)生這種現(xiàn)象，到還不是芯片廠商們的“鍋”，而是我們?nèi)祟惖亩栊允谷唬涸诟甑恰つ査幍哪甏ㄉ蟼€(gè)世紀(jì)60-70年代），計(jì)算機(jī)并不普及，而當(dāng)時(shí)能夠接觸到計(jì)算機(jī)的人、不是軍方的高級技術(shù)兵、就是各大科研機(jī)構(gòu)的研究員。他們用著極為復(fù)雜的機(jī)器碼，寫出晦澀難懂但運(yùn)行效率極高的程序，以便它們可以在當(dāng)時(shí)機(jī)能孱弱的電腦上運(yùn)行。

尼克勞斯·維爾特，他同時(shí)也是一位知名的軟件大神，自然有資格批評現(xiàn)在的程序員

但是，當(dāng)時(shí)間來到上世紀(jì)90年代，情況已經(jīng)不一樣了：電子游戲、聊天軟件、在線多媒體應(yīng)用成為了電腦使用者當(dāng)中最主流的程序表現(xiàn)形式，但一年到兩年一換代的個(gè)人電腦卻反而讓專職的程序員們開始變得懶惰。1995年，計(jì)算機(jī)科學(xué)家尼克勞斯·維爾特觀察到，由于程序員愈發(fā)懶于優(yōu)化、軟件愈發(fā)龐大臃腫、加上快速的開發(fā)周期帶來程序質(zhì)量的下降、以及軟件公司管理的種種問題，軟件速度的減慢已經(jīng)抵消了硬件速度的提升，因此計(jì)算機(jī)系統(tǒng)一面遵守“摩爾定律”提升理論性能，一方面在實(shí)際的消費(fèi)者可感知的性能上是不升反降的。對此，維爾特刻意用調(diào)侃“摩爾定律”的方式來命名自己的發(fā)現(xiàn)，將其稱之為“維爾特定律”，其內(nèi)容可以簡單地概括如下：

“軟件變慢的速度永遠(yuǎn)快過硬件變快的速度?！?/p>