荣耀|陈根:52年来,处理器性能实现飞跃

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文|陈根
英特尔创始人之一戈登·摩尔曾说过 , 集成电路上可以容纳的晶体管数目大约每经过18个月就会增加一倍 。 换句话说 , 处理器的性能约每隔两年就会翻一倍 。 这句话作为经验之谈 , 一定程度上揭示了信息技术发展的迅速 , 后来成为著名的“摩尔定律” 。
集成电路上的晶体管是调节计算机、移动电话和其他现代电子线路运行的基本构件 。 由于晶体管的快速响应和高精度 , 其广泛用于用于各种数字和模拟功能 , 包括放大、开关、稳压、信号调制和振荡器 。

以英特尔4004的诞生为开端 , 52年的微处理器历史已经书写完成 。 近日 , 比利时微电子中心IMEC公布了一张统计图 , 对比了1970年到2022年处理器芯片的晶体管密度变化 。 结果发现 , 52年间 , CPU芯片晶体管数量已经提升了1亿倍 。 可以说 , ?乎没有?个领域像这样发展迅速 。
1971年 , 英特尔公司推出了世界上第一款微处理器4004 , 这是第一个可用于微型计算机的四位微处理器 , 它包含2300个晶体管;1974年 , 英特尔公司又推出第二代微处理器8080 , 其含有29000个晶体管 。 随着技术的不断发展 , 1993年英特尔奔腾处理器问世 , 其已经含有3百万个晶体管;2002年英特尔奔腾4处理器推出 , 晶体管达到5500万个 。
截止到2010年 , 英特尔PC处理器中的晶体管数量每年以大约40%的速度增长 。 在随后的几年中 , 这一比例下降到一半 。 该公司服务器MPU的晶体管数量增加在2000年代中期至后期暂停 , 但随后又开始以每年约25%的速度增长 。
现在到了2022年 , 苹果的M1 Ultra芯片做到了1140亿晶体管 , 是52年前的1亿倍 。 不过1140亿晶体管的芯片也不会是终点 , Intel还预计在2030年实现1万亿晶体管的创举 。

随着工艺与集成度的不断提升 , 晶体管尺寸渐近物理极限 , 继续依赖缩小工艺制程获取性能和经济效益提升已困难重重 。 与此同时 , 人工智能、大数据、5G等领域的计算需求在海量增长 , 如何突破摩尔定律 , 成为算力经济时代的一项新挑战 。