數(shù)十年來，芯片制造商和整個社會都受益于摩爾定律。摩爾定律以一種快速而可預測的速度，提供了更強大、更廉價的計算能力。眾所周知，這條規(guī)律實際上是兩種趨勢——芯片速度變快和芯片尺寸縮小。就像上了發(fā)條一樣，晶體管密度每兩年翻一番，計算能力也相應提高。

 

 

 

然后，技術(shù)達到了極限，經(jīng)濟開始發(fā)揮作用。芯片制造行業(yè)在很大程度上是圍繞著英特爾(Intel)和三星電子(Samsung Electronics)等少數(shù)受益于摩爾定律的巨頭聚集到一起的，但它正在朝著一個更加分散的結(jié)構(gòu)發(fā)展，不同的芯片做不同的事情——就像早期的大眾計算市場那樣。可以說，這樣的趨勢比任何其他公司都更有可能威脅英特爾在設計和制造領域的主導地位。

 

 

一、技術(shù)即將到達極限

 

 

 

大約15年前，芯片速度的增速減慢了，這是因為更快的處理器產(chǎn)生了更集中的熱量。2005年，一臺高端設備的運行頻率高達3.8千兆赫。今天它的替代頻率上升到4.4千兆赫。如果制造商保持以前的更新速度，今天的處理器的工作速度將會是現(xiàn)在的10倍多，而且差不多和太陽一樣熱。

 

 

 

在芯片上塞入更多晶體管的能力仍然存在，但這一趨勢正在放緩，在向市場推出新芯片方面出現(xiàn)意想不到的延誤正變得越來越普遍。英特爾最初表示，10納米芯片將于2015年上市，但此后該公司一直在承諾很快將大規(guī)模量產(chǎn)。并且后面問題將變得更糟：如果晶體管進一步收縮，它們將受到電子不可預知的影響。

 

 

二、先進晶圓廠成本在上升

 

 

 

摩爾第二定律是指尖端芯片生產(chǎn)工廠的成本每四年翻一番，這并不為人所知。但不幸的是，它依然是有效的。臺積電的數(shù)據(jù)顯示，一座頂級的新工廠目前的成本約為200億美元。成本不斷上升，只有三家公司試圖生產(chǎn)尖端芯片，分別是英特爾、臺積電和三星電子。去年，這些公司的總收入大約是一座先進工廠成本的六倍。而在2008年，它們的收入大約是一座工廠成本的11倍，那時的競爭對手也比現(xiàn)在更多。

 

 

 

目前，在個人電腦通用芯片領域至少是這樣，摩爾定律推動了銷量、利潤率，因此尤其是英特爾在芯片創(chuàng)新和晶圓廠的開發(fā)上投入了巨額的資金。但麻省理工學院(MIT)的尼爾?湯普森(Neil Thompson)和斯溫賈?斯潘努斯(Svenja Spanuth)認為，技術(shù)進步放緩和成本上升可能會導致行業(yè)分裂。

 

 

 

對于特定的任務，專用芯片可能更快，但它們需要時間來設計，并進行小規(guī)模的試產(chǎn)運行。目前英特爾擁有技術(shù)優(yōu)勢是安全的，因為下一代芯片將比基于上一代芯片的專用芯片強大得多，也便宜得多。但創(chuàng)新放緩和工廠成本上升正在打破這種局面。

 

 

 

三、創(chuàng)新停止了嗎?

 

 

 

不，只是進步更困難，更難預測。提高速度的一種方法是改變程序以利用新型芯片。傳統(tǒng)處理器開始時一次只能處理一項任務，速度很快，但程序員越來越依賴于更專業(yè)的芯片。例如，英偉達的專長就在于所謂的圖形處理單元，它可以同時執(zhí)行多任務計算。

 

 

 

幸運的是，這對訓練人工智能系統(tǒng)也很有用。這就是為什么英偉達的股價一直在上漲，在過去5年里上漲了8倍。但它仍然是一個利基市場，因為許多計算任務需要按順序完成。

 

 

 

另一個不斷增長的細分市場是可編程芯片。Xilinx是最大的競爭者，但英特爾憑借其在2015年以167億美元收購Altera的交易占據(jù)了相當大的市場份額。這些芯片不是很容易使用，但在某些情況下，它們可以實現(xiàn)更高速度且更低功耗。例如，微軟(Microsoft)就利用它們來加速其云計算平臺上運行的應用程序。

 

 

 

這種方法的另一個版本是為特定的任務設計專門的芯片。這在智能手機中已經(jīng)很常見了，比如蘋果手機就有自己的芯片。谷歌也使用專門的芯片在其數(shù)據(jù)中心運行已建立的機器學習程序。定制化意味著這些芯片速度快，耗電量少。缺點是它們不靈活，編碼困難，而且成本相對較高，因為開發(fā)成本不會分攤到大型、多用途應用中。

 

 

 

 

 

四、接下來會發(fā)生什么?

 

 

 

摩爾定律為所有使用計算機的人帶來了好處。英特爾的處理器很容易嵌入到許多應用程序中，它們在速度上的穩(wěn)定增長為每個使用它們的人帶來了更好的性能。

 

 

 

芯片領域下一波的業(yè)績增長可能并不均衡。可以利用圖形處理或可編程芯片的領域仍將從改進的芯片中獲益。更專業(yè)的領域，比如天氣預報，將會發(fā)展緩慢——除非用戶能夠?qū)⑺麄兊幕顒訁R總到一個云計算平臺上。

 

 

 

與此同時，編寫更高效的軟件肯定會帶來好處，盡管這種好處更難獲得。這可能導致?lián)碛胁煌a(chǎn)品應用領域的芯片制造商出現(xiàn)一種“回到未來”的狀態(tài)，即需要在某一行業(yè)內(nèi)開發(fā)自己的芯片和軟件，以實現(xiàn)最高效率。

 

 

 

40年前，許多頂級芯片制造商都是由IBM、惠普(Hewlett-Packard)和美國電話電報公司(AT&T)等公司壟斷經(jīng)營的。為了提供快速的性能，硬件和軟件通常是專有的。通用微處理器的崛起改變了這一點，使得英特爾成為全球最大的芯片設計和制造商。

 

 

 

英特爾的市值約為2,400億美元，接近歷史最高水平。然而，隨著蘋果和谷歌等公司設計出運行自己代碼的更專業(yè)芯片，這家美國巨頭的影響力在后摩爾定律時代可能面臨挑戰(zhàn)。有一個明顯的不同——雖然半導體設計可能會分裂，但像臺積電和三星這樣的一些大公司可能仍將是生產(chǎn)芯片的公司，因為它們擁有建造現(xiàn)代化晶圓廠的領先實力。

 

 

 

盡管通用處理器仍將有一個巨大的市場，但其增長率可能遵循另一條眾所周知的規(guī)律：增速必然下降。