製造頂級晶片越來越貴、建廠成本遠超百億美元,摩爾定律真的終結了?
製造頂級晶片越來越貴、建廠成本遠超百億美元,摩爾定律真的終結了?

3月8日消息,晶片製造行業的摩爾定律已經快要觸及物理極限和經濟極限。雖然晶片製造商還能繼續壓縮晶片上的電晶體尺寸,但製造最先進晶片的成本一直在增加,每個電晶體的生產成本已經停止下降,現在正在開始上升。

在晶片技術發展的早期階段,英特爾聯合創辦人戈登·摩爾(Gordon Moore)曾在1965年作出假設,集成電路上的元件數量將每年翻一番,後來被修正為大約每兩年晶片上的電晶體數量會增加一倍。這就是現在眾所周知的摩爾定律。幾十年來,晶片行業一直在進步,製造出一度難以想像的設備,然後按著摩爾定律穩步推進。

蘋果公司高端筆記型電腦所搭載的M1 Max晶片擁有570億個電晶體。縮小晶片尺寸方面的技術一直在穩步發展,如今數萬個電晶體可以放置在一個比頭髮絲還細的地方。電晶體體積更小,也讓晶片處理速度更快、價格更低廉,使計算能力和生產力得到指數級提升。現在,用戶口袋裡的智能手機處理性能比50多年前幫助人類登上月球的大型計算機還要好,而且成本只是後者的零頭。

M1
圖/ Apple

多年來,很多人都曾預言摩爾定律行將終結,但晶片製造商不斷突破技術極限,找到儲存更多計算能力的新方法。最新的極紫外(EUV)光刻技術使用波長更短的光在晶圓上蝕刻超細圖案。荷蘭公司ASML是唯一一家為晶片製造商生產EUV設備的公司。每台設備的成本約為1.5億美元。但在全球晶片製造商爭相增加產能之際,公司積壓了大量設備訂單。
隨著電晶體尺寸接近原子水平,晶片製造似乎不可避免地將達到某些物理極限。如今,電晶體之間的距離以幾十奈米為單位,而一奈米大約只有5個矽原子的寬度。

在物理學定律最終終結摩爾定律之前,經濟學定律可能也會終結摩爾定律。製造最先進晶片的成本一直在增加,隨著技術的每一次迭代而變得越來越昂貴。

「摩爾定律從技術上講或許還能繼續,但從經濟角度講,這是行不通的,」半導體行業分析師道格拉斯·奧勞克林(Douglas O'laughlin)表示。

製造每一代晶片都需要更多的流程。這意味著,由於生產過程中涉及數千個複雜步驟,出現錯誤的風險在不斷增加,產量會隨之降低。幾十年後,每個電晶體的生產成本已經停止下降,現在正在開始上升。

同時,建造一座最先進晶片製造工廠的成本可能遠遠超過100億美元。除了資金最充裕的公司,這一成本對所有公司來說都是難以承受的。目前全世界只有三家公司在嘗試。

台積電預計,今年的資本支出將達到400億至440億美元。三星電子則計劃投資170億美元在美國德克薩斯州泰勒市建造一座晶片製造工廠。英特爾將在俄亥俄州建造兩家晶片工廠,初步投資為200億美元。

Intel  i9-10900K.
圖/ Intel

也許摩爾定律不再是思考晶片行業進步的正確方式,解決問題的方法畢竟不止一種。例如,設計者可以製造出更適合各種具體任務的晶片。蘋果為iPhone、iPad以及Mac電腦自行設計處理器,從而取代英特爾的通用處理器,從而有效證明了這一點的可行性。定制化晶片可以比標準晶片更好利用設備的計算能力,對於蘋果這種能控制設備軟件的公司更是如此。

晶片製造商也可以採用一種「小晶片」的方法,通過把CPU的部分功能剝離開來,並將這些小晶片與內存以及其他以更便宜方式製造的高性能組件打包整合,從而提高系統的整體性能。

市場研究公司SemiAnalysis分析師迪倫·帕特爾(Dylan Patel)表示:「在晶片製程工藝領域,現在有一個'金發女孩效應'(意為不追求極端,恰到好處),不同的工藝節點實際上更適合不同的應用。」「縮小整個晶片的體積,或者把所有東西都放在更先進的工藝節點上,實際上成本更高,而且並不一定意味著有更好的性能和功耗。」

此外科學家發現,使用像氮化鎵這樣的新材料來取代矽,可以以更低成本繼續在單個晶片上封裝更多電晶體。另一個可能的材料是碳奈米管,這種用石墨烯製成的管狀結構直徑只有幾奈米。

人們習慣於通過「定律」來描述某一現象的不可改變,但摩爾作出的預測更像是一個預言。多年來,晶片行業參與者一直在盡其所能努力實現這個預言。幾十年前看起來像魔術、現在已經司空見慣的設備在20年後並不見得仍是技術前沿。

摩爾定律的狹義定義可能無法繼續下去,所幸人類的聰明才智是無限的。

本文授權轉載自:網易科技

責任編輯:傅珮晴、侯品如

關鍵字: #晶片
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直播霸主圓剛科技以全方位產品,化身創作者的「解憂雜貨店」
直播霸主圓剛科技以全方位產品,化身創作者的「解憂雜貨店」

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圓剛「GO 系列」GC313Pro 高度整合多元功能,身兼影像擷取/傳輸、螢幕跨屏輸出和 100W 快充技術
圓剛「GO 系列」GC313Pro 高度整合多元功能,身兼影像擷取/傳輸、螢幕跨屏輸出和 100W 快充技術,滿足電力與資料傳輸需求的全方位解決方案。
圖/ 數位時代

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布局全球電商與商業活動直播,讓直播體驗深入各行各業

面對近年興起的電商直播帶貨,圓剛也積極佈局。蔡柏輝指出,與其他直播領域相比,電商直播更在意能否精準還原色彩、細節和清晰畫質,因為這不只攸關畫面表現,更是決定成交與否的關鍵,「電商最怕退貨,如果消費者收到的實品跟鏡頭前不一樣,對品牌信任度也會瞬間瓦解。」

圓剛的高階擷取卡支援 RGB24 無損色彩還原,能將商品最真實的細緻色彩忠實呈現;針對動輒數小時的直播馬拉松,也打造高效散熱機制,確保賣家可長時間穩定使用,甚至還能延伸至醫療與科研診斷領域,像是當醫生透過畫面看病理切片時,同樣提供毫釐不差的精準度。針對電商帶貨直播發展火熱的亞洲市場,圓剛也推出旗艦級擷取卡產品,支援多機位擷取、橫豎屏同步直播,並輸出至多個直播平台,同時又兼具高性價比。

在消費市場扎穩根基後,圓剛也正將產品優勢一步步延伸至企業與商業直播領域,像是企業透過直播宣傳產品,或是各式活動現場直播,如演講、論壇甚至畢業典禮,透過提供適切的軟硬體解決方案,展現跨越多元情境的影音實力,讓高品質的直播體驗深入各行各業。

「我希望圓剛可以成為創作者的解憂雜貨店!」蔡柏輝指出,從個人到商用,從單人到團隊,從遊戲直播到企業直播,圓剛都能滿足不同需求,解決各種疑難雜症,甚至針對還未開始直播事業的人,也能提供硬體搭配建議,「創作者只要負責發光發熱,剩下 99% 的繁雜技術,圓剛在背後全幫你簡單搞定!」從敲開創作大門的第一張擷取卡,到支撐商業王國的直播系統,未來圓剛將以全方位的影音設備,持續陪伴創作者在影音時代中綻放耀眼光芒。

圓剛科技全球品牌行銷處處長 蔡柏輝
圓剛科技全球品牌行銷處處長 蔡柏輝
圖/ 數位時代

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