我已經(jīng)不下四次看到過摩爾定律即將滅亡這樣的論調(diào)出現(xiàn)了。

英特爾首席執(zhí)行官布萊恩·科茲安尼克(Brian Krzanich)在上個月公司發(fā)表的一項聲明中輕描淡寫地寫道。

第五次，這至少是第五次有人試圖昭告摩爾定律的失效。之前的幾次全部都被證明為虛驚一場，英特爾甚至?xí)r常將之當做公開場合的笑話，直言公司有方法，也知道該如何進一步開發(fā)原子級別的半導(dǎo)體。摩爾定律歷經(jīng)半個世紀，依然統(tǒng)領(lǐng)著計算機行業(yè)，無人可將之撼動。但這一次，或許是真的。主角的名字叫做量子計算機。

1946年2月14日，世界上第一臺通用計算機ENIAC誕生了。這是臺耗費無數(shù)工時人力制造出的龐然大物：

ENIAC長30.48米，寬6米，高2.4米，占地面積約170平方米，30個操作臺，重達30英噸，耗電量150千瓦，造價48萬美元。它包含了17,468根真空管7,200根晶體二極管，1,500個中轉(zhuǎn)，70,000個電阻器，10,000個電容器，1500個繼電器，6000多個開關(guān)，每秒執(zhí)行5000次加法或400次乘法，是繼電器計算機的1000倍、手工計算的20萬倍。

很長一段時間，人們內(nèi)心都植入了這樣的想法：計算機永遠不會走進日常生活，無論是體積和造價，看起來都是那樣的令人難以承受。而后來，如你所見，個人電腦變得只有書本大小厚薄，而計算速度更是超過了ENIAC千萬倍不止。這一切卻早在1956年就被神奇地預(yù)言。這便是“摩爾定律”的魔力。

人類是善于總結(jié)的生物，他們總是試圖從紛繁多變的事實中，抽離出穩(wěn)定不變的的真理，從而指導(dǎo)未來的航向。早在20世紀50年代初，科學(xué)家們就開始猜測，或許存在一種模式，可以揭示技術(shù)變化的速度，幫助人類預(yù)測未來。聽起來很容易，但放在那個時候，就像沒有人會異想天開的認為人類可以進行太空旅行一樣荒謬。

1956年4月19日，一篇對于電子行業(yè)發(fā)展趨勢預(yù)測的文章《讓集成電路填滿更多的組件》被發(fā)表在《電子學(xué)》(Electronics)35周年特刊上，平靜地就像落入大海里的一粒沙。誰也沒想到，日后，這篇看似荒誕大膽的文章的預(yù)判卻統(tǒng)領(lǐng)了計算機行業(yè)將近五十年，揭示了隱藏在技術(shù)背后的真理。而這篇文章的作者正是戈登·摩爾，揭示的規(guī)律被人們稱為“摩爾定律”。

這篇論文，區(qū)區(qū)3頁紙的篇幅，卻是迄今為止半導(dǎo)體歷史上最具意義的論文。在這篇文章里，摩爾天才地預(yù)言道：當價格不變時，集成電路上可容納的元器件的數(shù)目，約每隔18-24個月便會增加一倍，性能也將提升一倍。換言之，每一美元所能買到的電腦性能，將每隔18-24個月翻一倍以上。舉個例子，你現(xiàn)在買不起某臺電腦沒關(guān)系，你大可以等上十八個月，因為到那時，同樣的電腦只需要一半的價錢了。(實際情況并非如此，后面會解釋)

彼時英特爾尚未誕生，戈登·摩爾也還只是仙童半導(dǎo)體公司(Fairchild Semiconductor)的一名工程師。這是他和另外七個好朋友一同創(chuàng)業(yè)的成果，公司主營開發(fā)和生產(chǎn)商業(yè)半導(dǎo)體器件，是當時知名的半導(dǎo)體公司，人們說：“進入仙童公司，就等于跨進了硅谷半導(dǎo)體工業(yè)的大門”。

“八叛逆”(圖片來自Wikipedia)

仙童半導(dǎo)體公司在1959年首先推出了平面型晶體管，緊接著于1961年又推出了平面型集成電路。這種平面型制造工藝是在研磨得很平的硅片上，采用一種所謂”光刻”技術(shù)來形成半導(dǎo)體電路的元器件，如二極管、三極管、電阻和電容等。只要”光刻”的精度不斷提高，元器件的密度也會相應(yīng)提高。因此平面工藝被認為是”整個半導(dǎo)體工業(yè)鍵”，是摩爾定律問世的技術(shù)基礎(chǔ)。

說來也巧，摩爾定律的發(fā)現(xiàn)其實很簡單。在1956年的某一天，摩爾在準備一個關(guān)于計算機存儲器發(fā)展趨勢的報告。他整理了一份觀察資料。在他開始繪制數(shù)據(jù)時，發(fā)現(xiàn)了一個有趣而驚人的現(xiàn)象。每個新芯片大體上包含其前任兩倍的容量，每個芯片的產(chǎn)生都是在前一個芯片產(chǎn)生后的18-24個月內(nèi)。如果這個趨勢繼續(xù)的話，計算能力相對于時間周期將呈指數(shù)式的上升。經(jīng)過思考和繪制趨勢圖，摩爾定律誕生了。

但也正是因為這種觀測和推測，摩爾定律嚴格的說并不難算“定律”，它只不過是描述了一種讓電腦價格成倍降低的生產(chǎn)制造過程變化的速度。而且摩爾定律的雛形甚至算不上嚴謹，摩爾本人在聯(lián)合好朋友諾伊斯創(chuàng)立英特爾之后的1975年，在IEEE國際電子組件大會上提交了一篇論文，根據(jù)當時的實際情況對摩爾定律進行了修正，把“每年增加一倍”改為“每兩年增加一倍”，而普遍流行的說法是“每18個月增加一倍”，所以現(xiàn)在的“摩爾定律”很難算得上是原汁原味的“摩爾定律”。

1997年9月，摩爾在接受一次采訪時聲明，他從來沒有說過“每18個月增加一倍”，而且SEMATECH路線圖跟隨24個月的周期。后來還出現(xiàn)了很多新摩爾定律，以及人們把摩爾定律套用到任何以指數(shù)式發(fā)展的行業(yè)或者用以不費力地解釋現(xiàn)象。即使摩爾定律的內(nèi)涵變得越來越寬泛而不夠“科學(xué)性”，但是你依然無法否認摩爾定律的作用和意義，至少英特爾這家公司自身就是一個強力的佐證，見證著摩爾定律的輝煌。

1965年

戈登·摩爾在《電子學(xué)》雜志上的一篇文章中，提出了他關(guān)于電子元件排布密度的著名觀察論斷。

1971年

英特爾推出首款微處理器4004，引領(lǐng)世界進入消費者科技時代。

1977年

在能力穩(wěn)步增強的微處理器的幫助下，蘋果推出早期最成功的個人計算機之一Apple II。

1989年

英特爾推出用于超級計算領(lǐng)域和科學(xué)領(lǐng)域的i860處理器。這是第一款容納了超過100萬晶體管的微處理器。

1993年

英特爾宣布打造Pentium處理器，該處理器容納的晶體管數(shù)量是公司此前處理器的三倍。

2005年7月

微處理器停止發(fā)展的腳步，芯片面臨著一大威脅：其運轉(zhuǎn)溫度很有可能會變得和太陽表面溫度一樣高。

2007年

單枚微芯片上可以容納的晶體管數(shù)量超過了十億，蘋果推出第一款iPhone，將手機變成一種掌上電腦。

2015年

英特爾延后了將業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)向以下一代十納米級制造工藝為基礎(chǔ)打造的微處理器的時間，暗示摩爾定律已經(jīng)失效。

有了摩爾定律的存在，讓所有IT從業(yè)者意識到自己必須以更短的時間，投入更多的資金來保證下一代產(chǎn)品的順利開發(fā)，而不至于被淘汰。同樣的，如果完全按照摩爾定律，那所有顧客都等個十幾個月或者幾個月，買更便宜的不就好了，那生產(chǎn)計算機和配件的廠商可就太慘了。事實并非如此，你現(xiàn)在買一臺電腦，并不比十年前便宜多少。速度用起來有快幾百倍么?好像也沒有。

因為軟件和系統(tǒng)在吃掉根據(jù)摩爾定律不斷推陳出新的硬件，很多年前整個電腦系統(tǒng)也就幾十K，軟件也非常小，但是現(xiàn)在一個系統(tǒng)甚至一個軟件動輒好幾個G。所以你并不會覺得現(xiàn)在的電腦運行速度疾如閃電，即使英特爾的酷睿i5處理器，處理性能是英特爾早期的4004處理器的3500倍，能效是9萬倍，成本便宜了6萬倍。打游戲該卡還是卡。同樣的，如果軟件和系統(tǒng)不升級，用戶就沒有動力買新的硬件，新的CPU，即使硬件發(fā)展再快也毫無用處。

另一方面，指數(shù)爆炸增長是非常可怕的，對于硬件行業(yè)很快就會走到瓶頸，摩爾本人曾經(jīng)就說過，任何事物都會有極限，受到一些自然基本法則的支配。

我記得史蒂芬·霍金(Stephen Hawking)曾經(jīng)到硅谷做過演講。演講結(jié)束后，有人問他怎么看待集成電路的技術(shù)極限。盡管史蒂芬對集成電路了解不深，但他提出了兩個技術(shù)極限：光的極限速度和物質(zhì)的原子本質(zhì)。我非常同意他的觀點。我們目前已經(jīng)很接近“原子”極限(注：晶體管的尺寸已到了100納米以下，而原子的直徑在0.01納米到0.1納米之間)。而芯片的運行速度也越來越快，但離光速(注：真空中光速最快，為3*108m/s)還很遠。這兩個都是最基本的自然法則，我們很難達到和超越這個極限。這也是未來幾十年里工程師們需要接受的挑戰(zhàn)。

一旦我們突破了這些極限，事情就完全不一樣了。技術(shù)的發(fā)展再也不是讓東西變小、排布更密。那個時候，一塊芯片上能夠繼承幾十億個晶體管，我們的創(chuàng)新空間也會前所未有的大。現(xiàn)在還有其他技術(shù)蘊含的發(fā)展?jié)摿赡軙^集成電路。納米產(chǎn)品也開始走入市場，石墨氮原子層等新材料也吸引了工程師們的目光。我并不是很了解這些領(lǐng)域，無法明確哪個領(lǐng)域會最快突破，但這些領(lǐng)域的發(fā)展速度很難和集成電路相媲美。畢竟，很難有技術(shù)能擊敗繼承了幾十億甚至上百億個晶體管的芯片。

摩爾也考慮過摩爾定律的失效：

以后的技術(shù)發(fā)展速度會減慢，這是任何技術(shù)都會遇到的問題。我猜測未來十年左右，摩爾定律可能會逐步退出歷史舞臺。這很正常。

摩爾定律雖然受到軟件和系統(tǒng)的掣肘，你依然能夠感受到這條定律為你帶來的好處：你可以買到幾百塊的智能手機，還可以用電腦處理十年前無法處理的高復(fù)雜度的工作。英特爾也遵循著他的創(chuàng)始人摩爾所創(chuàng)造的摩爾定律，一步一步成長到今天的巨頭地位。在2000年后，英特爾基本上壟斷著處理器市場。甚至可以說在微機時代的領(lǐng)導(dǎo)者就只有英特爾和微軟，但是英特爾最大的問題可能就是過于依賴于摩爾定律，一旦摩爾定律被宣告終結(jié)，這個巨頭如果不能成功轉(zhuǎn)型，那便只能眼睜睜看著帝國輝煌的落幕。

看著現(xiàn)在英特爾偉岸的遍布全球的身軀，傲慢睥睨一切，想起摩爾本人的口頭禪——改變是我們終身的熱愛。而英特爾也是一度依靠這種不斷改變，追求技術(shù)的精神走到了霸主的地位。

1981年12月，英特爾公司推出8087芯片，日本松下公司毫不示弱地拿出3200芯片。當時64K動態(tài)隨機存儲芯片是電腦界一致看好的重頭戲，它包含65536個元件，不僅能讀，而且能夠像黑板一樣擦寫。但日本的64K芯片卻以它低成本和高可靠性，迅速占領(lǐng)了美國，使英特爾的單個芯片價格在一年內(nèi)就從28美元慘跌至6美元，英特爾吃了一場大敗仗。

摩爾痛定思痛，決心放棄存儲芯片市場，轉(zhuǎn)向了微處理器(控制芯片)市場。摩爾準確預(yù)測到了個人電腦以后的成功。他決定將英特爾進行戰(zhàn)略轉(zhuǎn)移，專攻微型計算機的“心臟”部件—CPU，正是這一決策，最終確立了英特爾今日在全球微處理器市場上的壟斷地位。

在那之后，英特爾根據(jù)摩爾定律，不斷地更新升級，自己淘汰自己，壟斷著微機處理市場。

摩爾定律失效，這已經(jīng)不是頭一次有人提起，甚至成了硅谷人士私下茶余飯后的談資。如果你所有的公司業(yè)務(wù)都和摩爾定律有關(guān)，而摩爾定律正在逐漸失效，你會如何應(yīng)對?

所以，相比摩爾本人的客觀謙遜，英特爾不太愿意相信自己辛苦呈現(xiàn)的東西將會走向終結(jié)。

IBM成功創(chuàng)建了一個五量子比特級的計算機工作原型，它已經(jīng)在互聯(lián)網(wǎng)上對公眾進行開放。

這則消息在巨量信息流涌現(xiàn)的今天很難引起人們的注意，甚至不明白它的字面意思，什么是量子計算機。

量子計算技術(shù)(quantum computing)，是一種利用量子物理學(xué)(解釋物質(zhì)和能量如何互動的物理學(xué)分支)重新設(shè)想電腦工作方式的技術(shù)。而量子計算機則可以利用最基本的能量和物質(zhì)特性，實現(xiàn)超越當今數(shù)字系統(tǒng)的計算速度。

量子計算機和普通計算機有著本質(zhì)的區(qū)別，前者利用了量子力學(xué)的特點，可以達到很快的運行速度。普通電腦使用的是0和1的形式，而量子計算機使用的是量子比特，它可能是0或者1，甚至是兩者之間的一些東西。所以，在量子計算里一個簡單的比特可以同時容納兩個值，或者說兩個比特能同時容納四個值。這也是量子設(shè)備在處理數(shù)據(jù)中，有著極快速度的原因。

雖然IBM制造的計算系統(tǒng)只包含五個量子比特，無法替代當前的個人計算機。但是在不遙遠的未來，這臺機器將擴展成擁有數(shù)百個量子比特的計算機，能夠以高于當今計算機的速度運行各種不同的算法。能夠以遠遠高于當今計算機的速度執(zhí)行任何任務(wù)。未來一塊紐扣大小量子計算機的算力甚至能夠超過地球上所有傳統(tǒng)計算機算力之和。

雖然可見的時間內(nèi)，量子計算機或許都難以得到真正個人化應(yīng)用，也沒法進行常規(guī)運算，只是作為傳統(tǒng)計算機的一個補充。但是誰知道呢，想到那個曾經(jīng)只能軍用如此笨拙、無人相信能夠走進個人生活的通用計算機，卻走進了千家萬戶。

如果實現(xiàn)，在那時，摩爾定律統(tǒng)治了半個世紀的時代將會結(jié)束，新的篇章將會開啟。