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“摩尔定律”的魔力

时间:2023-02-14 理论教育 版权反馈
【摘要】:简单来说,摩尔定律就是英特尔名誉董事长戈登·摩尔先生在研究中发现了一个规律性的数据,即同一面积集成电路上可容纳的晶体管数量,一到两年将增加一倍。“摩尔定律”不但向世人描述了信息技术自身进步的速度和规律,更为重要的是它揭示了信息技术进步与当今世界经济发展速度的关系和规律。摩尔定律的应用已经有40多年了,40多年前,计算机还是少数人的“高科技”。

(1)什么是“摩尔定律”

从科学技术的发展角度看,计算机的发展速度本身是一个指数增长,而人类的智能发展呈现的是一个线性增长速度,只有二者在某一个时间点发生重合,才能使得人类跨入“大数据”时代。今天正是科学技术和人类智能交会的时代,这个重合的世纪时间点,为人类的发展带来了全新的思维。

人们不禁要问,为什么现在有这么多的数据呢?一个是互联网的收集和积累,再一个就是今天各种传感器、各种智能设备、各种监控设备,它们无时无刻不在为我们提供大量的数据。而在过去,因为存储量、计算量不够的时候我们把这些数据都抛弃掉了,加上人们的数据意识淡薄,才有信息“爆炸”、知识“爆炸”、数据“爆炸”的感觉。而现在由于计算机的发展,我们有能力和可能来存储和处理这些数据,因此“似曾相识”的数据又回到了人们生活、生产活动中来。

那么,为什么人类的发展又如此之快呢?

在过去的几十年里,人类社会之所以迅猛的发展,其根本的动力,从科学技术的角度来讲就是一个摩尔定律。可以说,我们过去整个社会的科技进步、工业进步以及GDP的提升都是靠摩尔定律来实现的。

简单来说,摩尔定律就是英特尔名誉董事长戈登·摩尔先生在研究中发现了一个规律性的数据,即同一面积集成电路上可容纳的晶体管数量,一到两年将增加一倍。因而预判:在今后的十几年里,半导体处理器性能比如容量、计算速度和复杂程度每18个月左右可以翻一番。这就是著名的计算机第一定律。但是,他没有想到的是这件事一直发生了50年,并且这50年由于半导体处理器性能的优化和提高,使人类发生了天翻地覆的变化。

回顾半个多世纪的计算机技术发展历史,硬件技术的发展证明了摩尔所发现的规律。摩尔没有想到的另一方面变化,就是在物理存储器性能不断上升的同时,价格不断下降。1955年,IBM推出第一款商用硬盘存储器,一兆字节的存储量需要6000多美元。到2010年,一兆字节的存储量仅需要0.005美分。半个多世纪,存储器的价格下降了1亿倍。正是因为存储器的存储量不断上升,价格的不断下降,人类才能以非常低廉的成本保存海量的数据,这为大数据时代的到来创造了条件。

1929年1月3日,戈登·摩尔出生在美国加利福尼亚州旧金山的佩斯卡迪诺。他的父亲为了养家很早就辍学了,可以说,没有上过多少学,17岁就成了一名公职人员,做一个部门的负责人,母亲也只有中学文化程度。摩尔从小就立志努力学习,揣着自己的理想发奋读书,高中毕业后他进入了著名的加利福尼亚州伯克利分校的化学专业,实现了自己的少年梦想。

1950年,摩尔毕业并获得了学士学位,接着他又继续深造,于1954年获得物理化学博士学位。

摩尔定律是摩尔先生在1965年发现的,它与半导体集成电路的发展有着密切的关系,即从半导体集成电路的规模、容积及数量与在一定的时间内形成的倍数关系,进而发现了电子科技在促进全球经济发展过程中显现出的规律。早在1959年,美国著名半导体厂商仙童公司紧跟电子科技革命的步伐,率先推出了平面型晶体管,这为平面型集成电路的推出打下了基础,这也使得它们在之后两年的时间里,也就是1961年又推出了平面型集成电路,从而把电子科技推向了一个新的发展阶段,成为电子科技革命的一个标志。所谓平面型集成电路就是利用平面型制造工艺在研磨得很平的硅片上,采用一种“光刻”技术,把如二极管、三极管、电阻和电容等半导体电路的元器件刻制在上面,这就极大的压缩了电器体积的空间,随着“光刻”的精度不断提高,电子元器件的密度也就相应提高,从而为电子科技创造了极大的发展潜力。因此,平面工艺技术被认为是“整个半导体的工业键”,也是摩尔定律问世的技术基础。

(2)“摩尔定律”的发现

1965年,《电子学》杂志创刊35周年,时任仙童半导体公司研究开发实验室主任的摩尔应邀为《电子学》杂志创刊35周年专刊写了一篇观察评论的学术文章,题目是《让集成电路填满更多的元件》。摩尔在构思和完成这篇文章的过程中,收集了大量的数据,以此来支撑自己的学术观点。

经过数据的计算,在摩尔开始绘制数据图表时,发现了一个奇特的现象,这种现象表现出一种数据的趋势,也就是芯片与芯片生产周期的关系:单位新芯片的容量大体上是旧芯片容量的两倍;新旧芯片的更换大体上都是在18~24个月内。即集成电路上的晶体管的数目会以每年一番的速度增长,经过测算,摩尔预言10年后会达到65万个,但是,这个预测在不到9年的时间就实现了。1965年至今,摩尔的预测一直非常准确。这就是后来的摩尔定律。

按照这个趋势发展,现在计算机的计算能力还会随着时间周期的递进呈指数式的上升。因为,摩尔的观察,所描述的不仅仅是集成电路即存储器芯片的增长规律,同时,它也精确地说明了处理机能力和磁盘驱动器存储容量的发展。从1971年推出的第一款4004的2300个增加到奔腾II处理器的750万个。在过去的26年时间里,芯片上的晶体管数量增加了3200多倍,这是一个多么惊人的数字呀?但是,摩尔定律说明的不仅仅是芯片上的晶体管数量增加的行业性的规律,而且,这个规律同样描述了在电子科技驱动下的经济发展的趋势,即一个小小的晶体管牵动的是整个世界。

“摩尔定律”不但向世人描述了信息技术自身进步的速度和规律,更为重要的是它揭示了信息技术进步与当今世界经济发展速度的关系和规律。

摩尔定律的应用已经有40多年了,40多年前,计算机还是少数人的“高科技”。40多年过去了,半导体芯片的集成化趋势一如摩尔的预测,推动了整个信息技术产业的发展,进而也给千家万户的生活带来变化。诸如计算机等科技产品由“神秘”变成多数人都不可或缺的工具,这种变化使得信息技术进入平常百姓家,千千万万个普通家庭享受着这一成果,丰富着每个人的生活。从此,因特网将全世界连接起来。IBM研究认为,最近两年产生的数据是过去人类历史上产生数据的总和,它就告诉我们,18个月到两年的时间内,便会实现世界数据量的翻番。

摩尔定律不但改变了人们的生活方式,而且,正在改变整个世界,它也预示着“大数据”时代的到来。

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