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不久前，英特爾（Intel, INTC-US）官方 Twitter 發布公告，高登·摩爾去世，享年 94 歲。他在 1965 年提出對半導體和電腦產業影響深遠的摩爾定律，而後在 1968 年和羅伯特·諾伊斯、安迪·格魯夫聯合創辦英特爾。關於摩爾定律，業界也有很多爭議，討論最多的就是進入行動網路時代後，這個定律是否已經失效。今天這篇文章僅提供一個視角，幫助各位了解高登·摩爾、了解摩爾定律。
摩爾定律是什麼？
1965 年 4 月 19 日，快捷半導體的高登·摩爾在《電子學》雜誌上發表名為《讓積體電路填滿更多元件》的文章。文中寫道：
「最低元件成本的複雜性以每年翻一倍的速度增加。可以確信，在短期內這一成長速度即使不加快，也會繼續保持。從長期來看，成長速度會略有波動，但有充足的理由相信，該速度至少還能持續 10 年。」
這就是摩爾定律（Moore’s Law）最原始的表述，也是使高登·摩爾青史留名的一段話，儘管他還有諸多非凡成就——成功的企業家、慷慨的慈善家、總統自由勳章和國家技術獎獲得者。其後，「每年翻一倍」的論斷先後被修正為「每兩年翻一倍」「每 18 個月翻一倍」，從而有了今天常見的表述——「積體電路上電晶體數量每 18 個月（或 24 個月）翻一倍。」摩爾定律是數位技術第一定律，描繪了半導體呈指數速度發展，指引著晶片產業前進步調。
莊子有言：「一尺之捶，日取其半，萬世不竭。」形象地說明了物質的無限可分性。摩爾定律所揭示的就是積體電路上的電晶體按照類似「日取其半」的速度不斷縮小，所集成的電晶體數量呈指數增加。 1971 年第一款商用微處理器 Intel 4004 問世，它採用 10 微米工藝製程，有 2,250 個電晶體。五十年後的今天，最先進的工藝製程達到了 2 奈米（按當初命名規則，「微處理器」早應改叫「納處理器」了），電晶體數量數百億個。
以蘋果（Apple, AAPL-US） A16 處理器為例，它基於 4 奈米工藝製程，包含 160 億個電晶體。相較於 Intel 4004 ，製程縮小了 2,500 倍，電晶體數量增加了 710 萬倍。荷蘭光刻機巨頭艾司摩爾（ASML Holding N.V., ASML-US）（ASML）預測（ 2021 ），到 2030 年擁有 3,000 億個電晶體的晶片將問世。下圖是自 1970 年以來代表性晶片所集成的電晶體數量。注意縱軸刻度單位是非均勻的，是 10 倍跨度，是指數成長。
體積縮小、性能提升的同時是價格的大幅下降。「五十年令人麻木的快速進步，已經將價格 100 美元僅有幾十個電晶體的晶片變成了價格僅 10 美元卻含有幾十億個電晶體」（Chris Mack， 2015 ）。如今一部普通智慧型手機的計算能力，已遠超幫助人類登上月球的大型電腦，而且便宜到人人可負擔。
類摩爾定律有哪些？
摩爾定律是數位時代的核心準則。「每隔一段時間就翻一倍」的進步速度在數位技術領域普遍存在，它們有著各自的「摩爾定律」。比較典型的是頻寬方面的吉爾德定律、網路方面的梅特卡夫定律、數據方面的「大數據定律」和能耗方面的庫梅定律。如下表所示。
| 領域 | 名稱 | 提出時間 | 內容 |
| 半導體 | 摩爾定律（Moore’s Law） | 1965 年 | 積體電路上電晶體數量每 18 個月（或 24 個月）翻一倍 |
| 頻寬 | 吉爾德定律（Gilder’s Law） | 2000 年 | 主幹網的頻寬每 6 個月翻一倍 |
| 網路 | 梅特卡夫定律（Metcalfe’slaw） | 1993 年 | 網路的價值等於該網路內節點數的平方 |
| 數據 | 大數據定律 | NA | 新產生的數據量每兩年翻一倍 |
| 能耗 | 庫梅定律（Koomey’s Law） | 2010 年 | 計算設備的耗電量每 18 個月就會下降一半 |
吉爾德定律是什麼？
喬治·吉爾德被譽為「數位時代三大思想家之一」，曾師從美國原國務卿基辛格。他認為，頻寬的成長速度至少是半導體的三倍。即「主幹網的頻寬每 6 個月翻一倍」，這被稱為吉爾德定律（Gilder’s Law）。
梅特卡夫定律是什麼？
梅特卡夫定律（Metcalfe’slaw）也是由喬治·吉爾德提出，以以太網之父羅伯特·梅特卡夫命名。其內容是：一個網路的價值等於該網路內節點數的平方。其表述方式不是典型的「每隔一段時間就翻一倍」，但同樣是冪次成長。
大數據定律是什麼？
「全球（新產生的）數據量每兩年翻一倍」，是業界公認和流行說法。IDC（ 2011 ）、enFact（ 2016 ）、Brian Gallagher（ 2020 ）和美國《 2016-2045 年新興科技趨勢》，均有此論斷。該指數成長規律尚未命名，姑且稱之為「大數據定律」。
庫梅定律是什麼？
數據量爆發式成長，給人們的直觀感受是電腦耗電量必隨之大幅增加。而研究表明，數據中心耗電量並不會和數據規模同步成長，效率的提高使其能耗在社會總能耗中的比例幾乎保持不變。史丹佛大學喬納森·庫梅教授提出了著名的庫梅定律（Koomey’s Law）：電腦的能源效率大約每 18 個月翻一倍，即計算設備的耗電量每 18 個月就會下降一半。
摩爾定律是一個自我實現的預言
微軟（Microsoft, MSFT-US）研究院副總裁Peter Lee曾說過（ 2015 ）：
「有一條關於摩爾定律的定律。預測摩爾定律失效的人數每兩年翻一倍。」
自提出以來，摩爾定律就不斷受到質疑和挑戰，不斷有人預測它即將走向終點。連摩爾本人也低估了技術進步的潛力，他最初的預測是可持續 10 年。令人驚訝的是，五十多年來人們總能突破極限，摩爾定律仍然有效。而且這種進展十分穩定，幾乎沒有加速、下降或者停頓。戰爭與和平、繁榮與衰退，似乎對摩爾定律都沒有影響。歷史學家稱之為「現代世界的節拍器」。
與牛頓運動定律、熱力學定律、宇稱不守恆定律等物理學定律不同——它們是客觀存在的、不以人的意志為轉移，摩爾定律是經驗法則，是自我實現的預言，描述的是人們付出努力所獲得的結果，體現的是主觀能動性。摩爾定律長期有效的根本原因在於人們的創造力，工程師一直想方設法通過製程創新、工藝創新、封裝創新和架構創新來延續摩爾定律。不努力，就不會有摩爾定律，就不會有持續的技術進步。
摩爾定律結論
預期是什麼，未來就是什麼。讓人真正執迷的從不是什麼電晶體的大小和密度，而是對技術進步的期望以及為此所付出的努力。如今我們要在拇指蓋大小的晶晶片做出更多電晶體（如 800 億個）、更小製程（如 2 奈米），是十分困難的事情。之前又何嘗不是？比賽結束前，每一場球賽打得都不會容易；獲得成功前，每一次技術突破都不會輕鬆。當然，從唯物辯證法角度看，任何單一事物總會走到盡頭。電晶體是一個物理對象，無法逃脫物理定律的約束。哪怕有一天它真的失效了，我們也確信，「通過創新，排除萬難，去推動更大進步」的摩爾定律精神會永續存在。
我們即使不能再提高陸地速度，卻還可以飛向天空。
《虎嗅網》授權轉載
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