電子發(fā)燒友網(wǎng)報道（文/周凱揚）在英特爾創(chuàng)始人戈登摩爾提出的摩爾定律中，每隔18個月集成電路上可容納的集體管數(shù)目就會增加一倍，同時處理器的計算能力也會指數(shù)式增長。盡管我們都說摩爾定律已死，但這更多是針對最后一句話，也就是性能的增長趨勢，因為現(xiàn)在的性能增長瓶頸已經(jīng)不再局限于CPU處理器，還有存儲、軟件等多方面因素。

即便如此，晶體管數(shù)量的增加趨勢其實仍有一定的參考價值，雖然各大廠商也不能完全遵循這一趨勢，但基本也不會偏離太遠(yuǎn)。國外分析師David Schor為此做了一個摩爾定律追蹤圖，直白地顯示各大廠商的芯片產(chǎn)品與摩爾定律存在多少偏差。

老牌廠商的跌宕起伏

最初摩爾定律的提出，就是對CPU性能的提升做一個參照，所以我們先來看看英特爾和AMD兩家x86巨頭是否好好遵循摩爾定律。

英特爾、Xilinx/AMD產(chǎn)品晶體管數(shù)量趨勢 / David Schor

從上圖中可以看出，近年來兩家的CPU、GPU產(chǎn)品基本都位于摩爾定律的晶體管數(shù)目之下，只有少數(shù)數(shù)據(jù)中心級別的GPU能夠達(dá)標(biāo)，比如英特爾的Xe HPC架構(gòu)GPUPonto Vecchio、AMD的CDNA2 .0架構(gòu)GPU Aldebaran，這些GPU產(chǎn)品要么用了MCM結(jié)構(gòu)要么用了Chiplet設(shè)計，所以在晶體管數(shù)量上占據(jù)一定優(yōu)勢很正常。

至于圖中那些高于摩爾定律的點，絕大多數(shù)并不是CPU、GPU芯片，而是Altera/英特爾和Xilinx/AMD的FPGA。對于追求最大化邏輯單元數(shù)的FPGA來說，超過摩爾定律可以說是必經(jīng)之路，哪怕是這幾年工藝發(fā)展變慢的情況下，英特爾的Stratix 10系列和Xilinx的Versal系列FPGA，也憑借著率先使用異構(gòu)與Chiplet保持著較高的晶體管數(shù)目。

ARM的崛起

2010年之后，智能手機開始普及，也象征著ARM的崛起。以高通和蘋果為首的一眾手機/手機芯片廠商，開始追求如何在手機芯片極小的面積上，做到盡可能多的晶體管數(shù)量。這些手機處理器之間的競爭也在推動臺積電等代工廠之間開始對先進(jìn)工藝的瘋狂追求，當(dāng)然了手機SoC在這上面追求的表面上是高性能，其實還是高能效，至于朝摩爾定律曲線看齊，完全不是他們的目標(biāo)。

ARM芯片晶體管數(shù)量趨勢 / David Schor

從上圖可以看出，無論是蘋果、華為，還是高通，他們設(shè)計的ARM手機SoC都沒有超過這條摩爾定律曲線。畢竟手機作為消費產(chǎn)品，處理器并不能占據(jù)全部的賣點，在面積、功耗、成本等各方面考量之下，手機SoC設(shè)計廠商都沒有選擇狂堆晶體管的方案。哪怕是蘋果的A系列處理器，也只有對面積要求不高的A8X、A12X這樣的平板SoC略微靠近了摩爾定律曲線。

但手機SoC從來都不是ARM追求晶體管數(shù)量的終點，這個任務(wù)將由數(shù)據(jù)中心的Arm處理器來完成。在上圖的曲線中，有一些代表ARM處理器的點已經(jīng)基本與摩爾定律曲線重合了，甚至還有超過的。

我們先來看下這幾個與曲線重合的點，它們分別是高通的Centriq，亞馬遜的Graviton 2/3、華為的鯤鵬920和阿里巴巴的倚天710，這些無一例外都是用于數(shù)據(jù)中心的ARM處理器。在數(shù)據(jù)中心這種場景下，無論是哪家廠商追求的都是最高的性能，所以如此多的晶體管數(shù)量也見怪不怪了。至于那個唯一超過的點則是蘋果的M1 Ultra，其面積也達(dá)到了860mm2，M1的八倍之多。蘋果在這顆龐大的芯片上塞入了1140億個晶體管，完全超出了同期的競爭對手。

其他值得一提的廠商

其他芯片的晶體管數(shù)量趨勢 / David Schor

對于一些剛成立不久的公司來說，他們的目標(biāo)不是為了追求更高的晶體管密度。但對于一些AI/ML芯片初創(chuàng)公司，或者像上面提到的ARM芯片一樣牽扯到數(shù)據(jù)中心，這些芯片的晶體管數(shù)目也少不了。在上圖中，近年來接近摩爾定律曲線的也有不少，比如阿里巴巴的自研架構(gòu)AI推理芯片含光800、Graphcore的WoW 3D封裝IPU芯片Colossus MK2、Esperanto的千核RISC-V AI芯片ET-SoC-1，還有特斯拉為其Dojo超算打造的AI芯片D1。

你可能在看圖時已經(jīng)注意到了遠(yuǎn)在摩爾定律曲線之上的那兩個點，是誰擁有如此可怕的設(shè)計實力，晶體管數(shù)目甚至超過了2030年的摩爾定律曲線呢？答案自然就是最大芯片尺寸的紀(jì)錄保持者，堅持Wafer-Scale的Cerebras。Cerebras在去年發(fā)布的Wafer Scale Engine 2面積達(dá)到了46225mm2，近乎M1 Ultra芯片的54倍，接近一個12英寸晶圓的大小。別看Cerebras的第二點與第一個點的Wafer Scale Engine一代沒差多少，這只是因為這個圖的規(guī)模放不下了，因為Wafer Scale Engine 2的晶體管數(shù)量已經(jīng)達(dá)到了可怕的26000億。

晶體管數(shù)量趨勢與摩爾定律曲線 / David Schor

最后我們放出這張完整的圖，在這幾十多年晶體管數(shù)目激增的局勢下，其實真正突破摩爾定律還是一件難事，這也是我們不斷重復(fù)摩爾定律已死的原因。但我們看到新的設(shè)計思路也在涌現(xiàn)，無論是堆小芯片的Chiplet，還是單個大裸片的Wafer-Scale，未來這樣的創(chuàng)新會持續(xù)爆發(fā)，但先行的肯定是數(shù)據(jù)中心這樣的HPC領(lǐng)域。

原文標(biāo)題：摩爾定律下，真的有廠商實現(xiàn)了突破嗎？

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