摩爾定律真的終結？制造頂級芯片越來越貴，建廠成本遠超百億美元

3月8日消息，芯片制造行業(yè)的摩爾定律已經快要觸及物理極限和經濟極限。雖然芯片制造商還能繼續(xù)壓縮芯片上的晶體管尺寸，但制造最先進芯片的成本一直在增加，每個晶體管的生產成本已經停止下降，現(xiàn)在正在開始上升。

在芯片技術發(fā)展的早期階段，英特爾聯(lián)合創(chuàng)始人戈登·摩爾(Gordon Moore)曾在1965年作出假設，集成電路上的元件數(shù)量將每年翻一番，后來被修正為大約每兩年芯片上的晶體管數(shù)量會增加一倍。這就是現(xiàn)在眾所周知的摩爾定律。幾十年來，芯片行業(yè)一直在進步，制造出一度難以想象的設備，然后按著摩爾定律穩(wěn)步推進。

蘋果公司高端筆記本電腦所搭載的M1 Max芯片擁有570億個晶體管?？s小芯片尺寸方面的技術一直在穩(wěn)步發(fā)展，如今數(shù)萬個晶體管可以放置在一個比頭發(fā)絲還細的地方。晶體管體積更小，也讓芯片處理速度更快、價格更低廉，使計算能力和生產力得到指數(shù)級提升?，F(xiàn)在，用戶口袋里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，而且成本只是后者的零頭。

多年來，很多人都曾預言摩爾定律行將終結，但芯片制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是唯一一家為芯片制造商生產EUV設備的公司。每臺設備的成本約為1.5億美元。但在全球芯片制造商爭相增加產能之際，公司積壓了大量設備訂單。

隨著晶體管尺寸接近原子水平，芯片制造似乎不可避免地將達到某些物理極限。如今，晶體管之間的距離以幾十納米為單位，而一納米大約只有5個硅原子的寬度。

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。制造最先進芯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(xù)，但從經濟角度講，這是行不通的，”半導體行業(yè)分析師道格拉斯·奧勞克林(Douglas O’laughlin)表示。

制造每一代芯片都需要更多的流程。這意味著，由于生產過程中涉及數(shù)千個復雜步驟，出現(xiàn)錯誤的風險在不斷增加，產量會隨之降低。幾十年后，每個晶體管的生產成本已經停止下降，現(xiàn)在正在開始上升。

同時，建造一座最先進芯片制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。

臺積電預計，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芯片制造工廠。英特爾將在俄亥俄州建造兩家芯片工廠，初步投資為200億美元。

也許摩爾定律不再是思考芯片行業(yè)進步的正確方式，解決問題的方法畢竟不止一種。例如，設計者可以制造出更適合各種具體任務的芯片。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。定制化芯片可以比標準芯片更好利用設備的計算能力，對于蘋果這種能控制設備軟件的公司更是如此。

芯片制造商也可以采用一種“小芯片”的方法，通過把CPU的部分功能剝離開來，并將這些小芯片與內存以及其他以更便宜方式制造的高性能組件打包整合，從而提高系統(tǒng)的整體性能。

市場研究公司SemiAnalysis首席分析師迪倫·帕特爾(Dylan Patel)表示：“在芯片制程工藝領域，現(xiàn)在有一個’金發(fā)女孩效應’（意為不追求極端，恰到好處），不同的工藝節(jié)點實際上更適合不同的應用?！薄翱s小整個芯片的體積，或者把所有東西都放在更先進的工藝節(jié)點上，實際上成本更高，而且并不一定意味著有更好的性能和功耗。”

此外科學家發(fā)現(xiàn)，使用像氮化鎵這樣的新材料來取代硅，可以以更低成本繼續(xù)在單個芯片上封裝更多晶體管。另一個可能的材料是碳納米管，這種用石墨烯制成的管狀結構直徑只有幾納米。

人們習慣于通過“定律”來描述某一現(xiàn)象的不可改變，但摩爾作出的預測更像是一個預言。多年來，芯片行業(yè)參與者一直在盡其所能努力實現(xiàn)這個預言。幾十年前看起來像魔術、現(xiàn)在已經司空見慣的設備在20年后并不見得仍是技術前沿。

摩爾定律的狹義定義可能無法繼續(xù)下去，所幸人類的聰明才智是無限的。（辰辰）

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