人类对美好生活的向往与需求会延续着摩尔定律

人类对美好生活的向往与需求会延续着摩尔定律

摩尔定律失败了吗？摩尔定律有什么问题？

在去年的全球高科技领袖论坛上 - 全球CEO峰会&在全球分销和供应链领袖峰会上，Cadence公司全球副总裁石凤瑜就上述问题进行了思考和分享。

石峰宇在这次会议上说：200万年前的人和20万年前的人在生活中没有变化。然而，当人们将200年前的人类与20年前的人类进行比较时，他们会发现这种差距是无法想象的。很大一部分原因是摩尔定律加速了人类的发展。

在石丰宇看来，芯片制造商已经使用了各种方法来跟上摩尔定律的步伐，但仍然不可避免的事实是，摩尔定律的双重效应已经开始放缓。不断缩小芯片的尺寸总是有物理极限的。诚然，有一些真实的数据证明，摩尔定律的发展越来越困难。然而，各行各业的专家都在努力继续摩尔定律。

最后，石凤宇说，万物互联之后，一切都需要半导体，人类对美好生活的向往和需求将刺激人类努力延续摩尔定律。

(一)摩尔定律加速了人类的发展

今天，我想和大家分享一下我最近想到的一些内容。在半导体行业28年，我突然看到了一些事情，不知道是对是错。我学到了一些东西Cadence和大家讨论一下材料。

我在想什么？想人生，想人类。

200万年前的人和20万年前的人的生活有什么区别？说实话，没什么区别可能使用的工具有点多。

20万年前的人类，与2万年前的人类相比，生活有什么区别？2万年前，人们开始画画，开始思考他们的祖先。2万年前的人类比2000年前的人类好吗？2000年前，农业、文本和一些更精致的艺术创作开始出现。2000年前和200年前的人类相比呢？工业革命于200年前开始。几十年后，电力也出现了。

然而，当我们将200年前的人类与20年前的人类进行比较时，我们会发现这种差距是无法想象的。

事实上，20年前，没有智能手机，甚至支付宝和微信支付也不能使用时代。但是两年前呢？你认为世界会在200万年前、20万年前、20万年前、20万年前、两年前和未来发生什么变化吗？为什么？

我想通了一点，和这位老先生在一起。（Gordon Moore）相关的。当我读物理学的时候，他基本上就像上帝一样存在。1965年，他谈到了集成电路的发展。过了一段时间，他会谈论每两年，我妥协了18个月。每18个月到每两年，在相同的芯片上，基本上必须是相同的成本，你可以插入的晶体管应该是两倍，这就是所谓的摩尔定律。

每个学习工程和物理的人都知道，它必须是可观察的和计算的。严格地说，摩尔定律不是一个定律，而是观察未来的结果。后来，这种观察的结果成为了英特尔的企业使命。二三十年后，它成为半导体行业的使命，成为我们每个人的使命，每个人都在谈论摩尔定律。

从1965年到2016年(只是整数)，芯片增长了170亿倍，这是不可想象的，但苹果M1 CPU插入的晶体管数量约为160亿根。这个定律是18个月翻倍还是24个月翻倍？这并不重要。重要的是，它的数量级反映在我们每天使用的产品上。

因此，在过去的这么多年里，由于摩尔定律，会有20年和两年前的快速发展。

(二)摩尔定律出了什么问题？

摩尔定律看起来很线性，但根本不线性。它实际上是一条指数曲线。它现在正在加速，朝垂直方向发展。最近，很多人开玩笑说他们上去了G点在哪里？很多人说可能会出现在2045年，我们可以期待看到摩尔定律的发展，到2045年全世界的生活会变成什么样子。

从几年前开始，每个人都会看到报纸和杂志，很多人都在问，摩尔定律不能继续下去吗？它会撞到墙上吗？你开始跟不上它了吗？

诚然，有一些真真实实的数据，证明这个脚步越来越艰难。

每个节点依次测量时间点，原来每两年就有一个节点14nm一开始已经慢了，10nm、7nm拖得更慢。芯片的大小，做芯片能做多少？其实是光照决定的，目前大概是3.3公分%uD73.3芯片厘米。图中的红点是server芯片尺寸尺寸，当时市场领先。CPU或GPU，大小都离光照机器人很远。然而，从2016年到2017年和2018年，我们慢慢开始突破光照极限。从另一个角度来看，摩尔定律是否存在问题，是否影响了我们的生活。这是否意味着我们不能制造更高效、计算能力更强的芯片？这将减缓我们科技进步的步伐，因此我们不用担心。

为什么会越来越慢？我们也可以看到这几年遇到了什么问题。

从1965年到 0.35um、0.25um、0.18um，没有问题，绝大多数是工程问题，工程问题可以通过努力解决。

接下来，我们会遇到物理问题。

首先，通过互联网。芯片越来越小，晶体管越来越多，铝布线，很快就会产生电子迁移问题，功率越来越短，芯片几年内会坏，也会遇到光刻机问题，原光刻机光源不够薄，改为193，必须从半导体工艺从铝到铜，这对制造过程是一个很大的挑战。

看整个结构，因为有一些透镜和光学系统，要细一点，193nm极限大概是光源45nm，没有办法再微缩了。这时，更聪明的人在想，镜头解决不了什么。你能在镜头和微片之间加一滴水吗？水可以折射出来45nm往下微缩，最后刻出一个浸没式的光。

做到了28nm，然后我遇到了问题，开始漏电，所以我不得不更换材料。最初使用的是偏氧化硅，中间的绝缘层应全部更换种更换代表了物理和工艺上的挑战，并有各种各样的实验。

再往下走大家都知道，2D不能解决漏电、质量问题，但有FinFET出来，本身晶体管的构架变成了3D，就像长翅膀一样。因为光源没有解决，从10nm、7nm一开始，用多层光画线，原来画线可以解决，现在光本身比线厚，怎么办？左曝光一次，右曝光一次，中间留下的细缝，只是6nm，但是工艺成本会很高。

各种物理问题层出不穷。接下来，我们可以看到有更多的问题需要解决。但关键是这些问题已经解决了。

中轴，是Cadence公司为了解决这个问题写的行数，从“0.35um直到今天10nm、7nm原来几十万行、几百万行的程序，已经到了几千万行，完全不输一辆自驾，很难超过一辆自驾。

同样带来的问题，无论工艺上还是在工艺上EDA从编程的角度来看，每个晶体管的成本开始上升，成本触底。

1965到目前为止，每个晶体管的价格在每个时代都在下降，所以你可以去下一个过程，除非你不能使用这个过程，只要你的数量不会太差，你可以省钱，这是半导体过去几十年发展的真正法则。

可是到了20nm、16nm之后，成本开始增加。大多数做生意的人开始问自己，是否使用下一代工艺有什么好处，节省了什么成本。如果你把所有的成本都包起来，你的成本会越来越高。你能做到吗？

就在20nm当时，我也参加了很多行业讨论。我们认为半导体几乎要结束了，尤其是硅。成本增加后，有多少公司会使用这个过程？

16nm当时几家公司基本不做手机，但是10nm有人走下去。所以有些人开始思考5nm、3nm如果你想找到继续曝光这些疯狂技术和使用更多新结构的方法，人们怎么能使用它们呢？告诉你今天在中国的设计16nmFinFET上述企业近50家，这只是中国的数据。

也许很多人认为，好日子会结束吗？没有不散的宴会。

他为什么这么说？这是因为我刚才看到的这些物理挑战。从科学研究的角度来看，这些事情可能无法解决，解决后可能没有经济效益，所以快速查看其他材料并找到软件。三十年前，我只是一个年轻人。现在我已经成为中年人了，摩尔定律仍然存在。

这是半导体全球产值从1955年开始；到20世纪80年代，半导体是为了服务To B市场、大型机器、通信、交换机；90年代以来，To C出现了，PC随着机器的出现，一些量级逐渐出现，这与过去大型机器的量级不同。一旦有了数量，你就有办法摆脱非常高的研发成本。

2016年后，To B跟To C同时，有了云，想想数据中心需要多少半导体？4G/5G我们无法想象基站需要多少半导体。

手机和终端带来了另一波增长，我们现在正在享受这波增长。这些增长和我刚才说的经济效益有什么区别？它不仅代表一个量级。如果你今天买一个DVD机器，下一代你想买的时候，还是一个DVD机器，基本上你只是看电视，看电影，它变得更贵，你当然不会买。当你想付更多的钱时，你必须通过摩尔定律向前推进，成本将会下降。

现在最大的区别是什么？手机不仅仅是娱乐终端，云，5G无论如何，附加值已经成为整个经济和你个人生产力的赚钱工具，所以价值不应该从头到尾成为一个问题，这就是为什么半导体现在繁荣和乐观的原因。

现在所有的预测，从2020年到2030年，半导体的产值很可能会从5000亿美元变成1亿美元，翻一番，变成一个非常巨大的行业。就我个人行业而言，不要和1亿美元的行业或世界上最聪明的人打赌。现在最聪明的人想跳进去，继续摩尔定律的生活。未来，2030年可能不会To B或To C万物互联，一切都需要半导体，所以人类对美好生活的向往和需求将延续摩尔定律。

(3)如何延续摩尔定律

到目前为止，我们将继续摩尔定律，主要依靠光刻、新材料或我们认为更梦幻的框架。晶圆厂设计了一套工艺，用软件描述，这是一个不完全连续的过程。最大的问题是，每个人都留下了一些冗余，这在摩尔定律如此困难的情况下基本上不应该存在。所以芯片设计制造商，EDA公司和晶圆厂必须密切合作，想办法从合作中提取/提取一些价值，想办法推进摩尔定律一两代。不要低估这些冗余和效率。如果你与一家公司合作，你可能会延续半代以上。

下一步，我们将进入系统。无论是半导体还是芯片，我们最终都必须为系统服务。我们有可能把它从系统中拉进来，让每个人都聚在一起one team，消除所有误解，做成system-technology CO-OPTIMIZATION。

摩尔定律就在这里。接下来，我想说的是，摩尔定律也会遇到各种各样的问题。这些问题需要世界上最聪明的人来解决，并投入大量资金。然而，从现在开始，我们在未来五年和十年里看到了一些亮点。如果每个人都像我一样大，我们可能会退休。即使摩尔定律不能继续下去，还有一二十年的生命可以继续前进。

接下来，让我们谈谈我们会遇到什么问题。这不是摩尔定律本身带来的问题，而是摩尔定律带来的复杂性和成本定律。包括：制造周期越来越高，设计效率越来越长，犯错误的成本非常高。

比如送到晶圆厂生产需要四五个月，回来发现有bug，需要四五个月要四五个月。一年过去了。哪个市场会等你一年？没有人会等你，因为成本太高了。还有一些问题是找不到人。培养一代半导体专家和优秀工程师需要很长时间，这是负担不起的。每个人都头疼这些问题。你可以跟着Cadence合作。

90年代我读书的时候，power它是关于晶体管本身的power，其他的power都不是问题。现在问题开始多了，internal的power占49%。switching（拉线）的power，你做越细，越拉越长，阻抗越高，现在也占49%，拉线好不好，决定了芯片的功耗，即热性能。

GPU还有一个更悬挂的东西，那就是有一个新的power出现，叫Glitch power，7nm占20%，5nm占30%。我们不能忽视这一点。假设有6个信号发送到组合逻辑中。如果到达的预期与你想象的不同，先到的会跳动，所以会耗电，达到20%-30%，无法想象，这个不要自己解决，要让工具解决，不要相信你公司的老师傅，他解决不了。

这种解决方案并不意味着芯片设计后有这么多问题。RTU要知道有这么多问题，要立即纠正。RTU怎么可能马上看到power？我们正在做这个努力，这不是一个工具的问题，是一串工具作出的解决方案，让客户现在能够算power，从RTU阶段算到最后。算一秒没什么了不起，可是今天算一秒钟，可能就需要三天或一个礼拜，那这就不是解决方案。

我们希望有一天，在很靠近的未来，就在这几个月内，我们就有一个解决方案，让你一秒钟可以在一个小时内跑完，这样你可以跑六十秒，可以看到整个power，尽早把你的构架进行修改。

包括人找不到的问题，那就多买点工具。一个人原来只用一套工具，你让一个人用三套工具怎么样？绝对用得过来，就看你的方法学、流程怎么定，看你怎么跟Cadence谈。

人工智能有很多种的方法，整个流程从构架开始，到最后步骤，切成二三十段，每一段都可以有两个选择（是非题），大家算算一共有多少。

以整套流程来算，客户会有8000多万的选择，用哪位工程师做最好的选择，设计出最小的芯片，功耗又最低？其实，未来是属于人工智能，你必须要用有智慧的人，让它用更短的时间做出来。

我常常问客户，用人工智能做什么？大部分的客户回答是“做得更小，做得更快”，我的答案还有一个，“想办法增加你的设计效率”。单个人花三个月才能设计出来的东西，如果一个人花三个礼拜就能设计好，最后的结果是一样的，芯片没有特别好，但你只要花九分之一的人力就能做好的话，你用不用？这是现在设计行业必须面临的挑战和机遇。

最后一个例子，做regression。大家做仿真的时候，最后一秒钟你的工程师跟你讲有小问题，要改一下，绝大部分跑的都是无聊、没用的工夫，都可以省略掉，但省略到哪里？你看不到。这时候如果有人工智能帮你分析，从你过去仿真的结果来看，跟你的改动无关，你可以跳过、省略，最后还可以做到一样的覆盖率，你为什么不敢试？欢迎大家跟Cadence试试看，你可以省掉一半以上的时间。

3D-IC，大家应该知道，我这里就不赘述了，我主要再讲一下它的神奇之处。

3D-IC就是把原来巨大范围的芯片切两块，比如模拟留着，数据切下来，用14nm去做模拟，最重要的数字用7nm，这是一般的做法，分成两块。

最近因为客户的需求，我们有了工具上的进步，可以做更好玩的东西。假设你现在做GPU，5nm就缩不下去了，模拟多撑了几个时代，用3nm去做，就是在浪费自己的钱。

有没有办法把一颗芯片里的抽出来，放到另一个芯片上？两个都变成了一半的大小，功耗可以变低，良品率变高，更重要的是它的性能可以更好。它跟计算单元刚好叠在一起，距离比原来更短，达到的效能完全不一样，这才是未来3D-IC真正想走的方向。

我们有一个新产品，Integrity，可以帮你全部整合在一块。

Cadence是现在全世界唯一一家有数据工具、模拟工具、PCB工具的EDA公司，两年前开始我们正式推出系统工具，你要算热、电池波都可以，目前在Cadence内部并没有整合完毕，可是我们搭了一个平台，让这些所有不同的工具，希望未来有同一个数据库/界面，你可以在同一个界面里互相调工具，希望你在还不需要流片之前就能找到问题，把芯片设计出来。

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