摩尔定律成就了当今地球的繁荣。然而,摩尔定律却在走向终结。
我们要清楚的是,摩尔定律只是对一种物理现象的描述和推测,它与“苹果一定要落地”之类的牛顿万有引力定律不同,它不是一个终极性质的物理定律。
霍金是现代最伟大的物理学家之一,曾经有人向他请教摩尔定律是否将终结的问题。霍金说:“那不是我的专业,我只说两个事实:光的速度是有限的,材料是由原子构成的。”
晶体管再小,功率密度也是保持不变的。自2005年起,微处理器的频率就被限制在了4GHz左右,这个临界点被业内称为功率墙(power wall)。各家芯片大厂都在努力突破这堵功率墙,它能不能被打破还说不准,但螺旋式上升的制造成本、芯片厂商之间的技术壁垒、收益递减的风险……这都使得基于硅的芯片或许不再是未来的创新方向。
从技术的角度看,随着硅片上线路密度的增加,其复杂性和差错率也将呈指数倍增长,同时也使全面而彻底的芯片测试几乎成为不可能。一旦芯片上线条的宽度达到纳米数量级时,相当于只有几个分子的大小,这种情况下材料的物理、化学性能将发生质的变化,致使采用现行工艺的半导体器件不能正常工作。例如:每个硅原子直径大约0.1纳米,在5纳米制程下,晶体管的间隔只有50个硅原子,一个硅原子的缺陷就会严重影响到产品的良品率。而且,晶体管阈值电压随着晶体管尺寸的缩小而降低,导致沟道无法完全关闭造成漏电,提高了芯片功耗。种种物理极限问题都将导致摩尔定律走到尽头。
集成电路性能过去每5年增长10倍,每10年增长100倍。而如今,集成电路性能每年只能增长几个百分点,每10年可能只有2倍。
早在1995年,在芝加哥举行的信息技术国际研讨会上,发明集成电路的杰克·基尔比表示,5纳米处理器的出现或将终结摩尔定律。2012年,日裔美籍理论物理学家加来道雄在接受智囊网站采访时称:“在10年左右的时间内,我们将看到摩尔定律崩溃。单靠标准的硅材料技术,计算能力无法维持快速的指数倍增长。”曾被评为“硅谷十大最有影响力人物”的创业家史蒂夫·布兰科(Steve Blank)于2018年撰文指出,“严格来说,摩尔定律其实在十年前就已经失效,只是消费者没有意识到。随着工程技术的改进,我们终将碰上物理学上的瓶颈。半导体行业的重点不应该是如何建造更快的芯片,而是如何创造性地利用‘他们已经拥有的100亿个晶体管’。”美国英伟达公司创始人兼CEO黄仁勋亦多次强调“摩尔定律已经结束”。就连摩尔本人,也认为摩尔定律到2020年的时候就会黯然失色。吴斌:《摩尔法则:引领半导体技术发展五十年》https://tech.huanqiu.com/article/9CaKrnJKmjm,环球网,20150427。
由于集成电路的价格每18个月就要下降一半,半导体产业每年的全球总产值并不高,目前仅在4000多亿美元。半导体产业在硅谷被视为夕阳产业,巴菲特就从来不投资半导体产业。但半导体是信息产业的引擎,其他所有信息技术的进步都要依赖半导体技术的驱动。如果半导体产业不再增长了呢?
摩尔定律终结后的世界将会怎样?2016年,任正非就忧虑地指出:“随着逐步逼近香农定理、摩尔定律的极限,而对大流量、低时延的理论还未创造出来,华为已感到前途茫茫、找不到方向。华为已前进在迷航中。”
不仅仅华为,整个地球的科技和经济都将失去方向。一旦摩尔定律失效,就意味着以半导体为基础的信息产业很可能不再能够拉动全球经济向前高速发展。除了信息领域的人工智能和量子技术,大家还可以把希望寄托在石墨烯、基因工程、可控核聚变以及生物技术等可能带来技术突破口的新一轮产业革命上,但很难说有哪一项新技术能够拥有指数倍的增长潜力。如果没有一个新的重大科技突破尽快出现,地球将有可能重新进入一个存量财富竞争的时代。21世纪出生的年轻人会发现,他们将越来越难找到工作。更令人绝望的是,他们也许再怎么努力工作,也不可能拥有比父辈更好的生活水准。虽然他们的生活水准都不低,甚至应该算是处在同时代较高的水平上,但他们都同样绝望。
比这些年轻人更绝望的,是那些生活在社会底层的年轻移民。发达国家的老龄化及富裕化,不可避免地吸引越来越多的外来移民承担底层工作。请神容易送神难,经济高速增长时大家相安无事,一旦发达国家经济发展停滞,首当其冲的受害者就是这些低收入的外来移民。最近10年来,移民问题席卷大多数经济发达国家,说明这已不是个别的、偶然的现象,而是全球经济发展停滞的重要征兆。
人类社会最近的全球性骚乱,是2008年和2012年的世界粮食危机。由于石油资源的紧缺,大量油料和糖料作物被改作生产生物能源,由此导致全球范围内的粮价大涨。幸运的是,石油开采技术适时有了突破性的进展,页岩油大量进入市场,很快就结束了这次由石油紧缺引爆的粮食危机。这个事件也说明,人类社会最可怕的时代是传统产业的发展遇到天花板、新兴技术革命尚未来到时的社会停滞期。社会停滞的时间越长,危机就越严重。中国古代的朝代更替,多数都是因为农业社会的耕作技术解决不了让所有农民都有饭吃的问题。一战和二战,则是源于蒸汽机和电气为代表的工业技术发展到了尽头,不再能解决人们改善生活的欲望的问题。
当社会经济发展普遍停滞的时候,麻烦最容易出现在那些贫富差距悬殊的国家或地区。因为在这个类型的经济体,政府执行二次分配的能力有限,抗社会动荡风险的能力最弱。当今社会发展的主流趋势,是资本主义和社会主义两种社会制度的优势互补:在市场领域执行资本主义,因为资本主义最具效率;在分配领域执行社会主义,因为社会主义最公平。凭借资本主义的效率创造出来的财富,必须依靠社会主义的公平原则分配。
而美国,这个貌似强大的国家,却已成为一个贫富分化非常严重的国家。严重贫富分化所导致的美国梦破灭,以及要将国内矛盾向国际转移的政治意图,是特朗普要在全球范围内疯狂发动贸易战的深层次原因。
我们不知道,摩尔定律终结而导致的技术停滞,会不会让世界面临新一轮普遍性骚乱。农业社会,最怕的是没有饭吃。工业社会,大家都在抢石油。信息社会,最重要的资源变成了人的智力,人才的竞争将成为最主要的战场。与人才竞争相比,粮食战争、石油战争和货币战争都不算什么了。人才竞争不是用武力能够做得到的,所以在信息时代,大国之间爆发流血战争的可能性很小,但在那些还未进入信息社会的国家或地区,区域性的冲突几乎不可避免。如果我们要做好应对地区性冲突的准备,就不能不了解未来战争的模式。

不详