“Whatever has been done can be outdone”回看摩尔定律诞生至今的五十年,戈登·摩尔如是道。
与摩尔那个时代相比,七十年后的人比七十年代的人过上了更加五颜六色生活,从前单调的由红黄蓝组成的世界加入了RGB色彩。现在,无论是城市还是乡野,人工颜色成为了占据我们生命时间最多的色彩,由LED构成显色的界面成为了我们最常抚摸和目视我们喜怒哀乐的爱人!
人类同硬件的交往,从手工装配,到机器语言、汇编语言,再到程序语言,最后到当今的AIGC时代的自然语言交互,机器越来越化身为人。但我们与机器愈加亲密,就愈发不识眼前人,因为我们从未看透这位爱人,就连她的制造者,也对这些充满了技术黑箱的她的历史知之甚少。
而事实上,她的历史,连同电气与石油的历史,从1879年新年前夜爱迪生点亮290盏白炽灯的时候便开始了。二十年后,经典物理学大楼将出现裂缝成为危楼。而在新的土地上,由普朗克、卢瑟福、爱因斯坦、玻尔、德布罗意、海森堡、薛定谔等人构筑的量子物理学大厦将拔地而起,微观高速的粒子将开始彻底改变宏观世界,威尔逊眼中在能带中不断跃迁费米能级的电子将经由巴丁、布拉顿、肖克利发明的锗晶体管通向一个全新可能性的未来。
尔后随着柴可拉斯基拉晶法、硅晶浮法分区提炼、半导体扩散法、现代光阻胶腐蚀技术的应用,硅晶体管大规模制造条件已经成熟,肖克利晶体管实验室诞生加利福尼亚海湾山景城。后来摩尔、诺伊斯等八人从实验室出走创立的仙童半导体公司,正式开启了硅晶体管大规模应用的历史。这段历史中,平面晶体管技术、单片集成技术、金属线互联技术、PN结反向偏置断流技术、电气隔离技术等相继诞生,集成电路也顺理成章地出现。随后,仙童的八位创始人相继分道扬镳。一鲸落,万物生,这些小仙童不仅创立了Intel、Amelco等公司,还兴起了加州的高科技风投,半导体创业开始在湾区风行,如超威半导体、赛灵思、美国国家半导体等也因此创立。硅晶体管给这片土地带来了新的名字——“硅谷”。
后来,早期的硅谷历史结束,在晶体外延工艺、硅栅自对准工艺、洁净生产间等技术加持下,沉寂了50年的金属氧化物场效应晶体管成为新的历史主人,持续分裂着新的工程应用,并随着晶片尺寸增加、晶体管缩小、设计技巧提高,其在逻辑集成电路上的数量以每两年翻倍的速度在此后四十年中给逻辑芯片带来性能每18个月翻倍的“免费午餐”,我们今天常用的DRAM、SRAM、NAND Flash技术、CCD与CMOS、双异质结蓝光LED也同时诞生于彼时。1971年英特尔发布的4004通用计算芯片包括了2250个晶体管,而今天,人类单片芯片上已经至多集成了4000000000000个晶体管。这段大规模集成电路高速增长期背后不断涌现如低温离子注入法、等离子干法刻蚀、化学气相沉积、物理气相沉积、深紫外光刻、高灵敏化学放大光阻剂、设计制造分离模式、大尺寸晶圆制备、浸没式光刻、鳍式晶体管、极紫外光刻、铜互联、高k介电质材料等技术,它们在关键时刻推动晶体管数量继续增长。以及如EDA原理图与版图设计自动化、SPICE仿真、Verilog硬件描述语言、RISK指令集、ARM架构、FPGA芯片等不断成熟的软件基础也在反哺硬件设计。与此同时,新的工业模式也在推动着半导体的繁荣,如设计-制造分离的Fabless与Foundry模式释放了半导体行业广阔的想象空间,著名的GPU设计公司Nvidia英伟达,作为AI时代的军火商,上月已首次成为全球市值第一。而Nvidia忠实的制造合作伙伴TSMC台湾积体电路制造公司也在前日市值突破一万亿美元,位列全球第八。我们所熟悉的世界也正是由张忠谋、林本坚、胡正明、黄仁勋等无数来自华夏的创新者推动才成其所是。
当下,人人都惊叹人类突然进入了智能时代,AI突然变得更类人,环绕我们都智能穿戴终端、智能物联设备和游走于网络中的人工智能体都在向我们强烈昭示着:人类已经进入了与硅基技术物同枕共眠的时代。但让人惊叹的绚丽城市森林与维持其运转的电子基础设施,连同着我们早已熟知的现代性成为我们生活的主题,实在是一件早已发生的事。我们的电视、蜂窝移动网络、射频通信、汽车动力与安全控制系统、太阳能输变电,早在数十年前就隐没地进入我们的生活之中,我们身边环绕着各种运算放大器、微机电传感器、IGBT功率器件。这些模拟芯片无时无刻都在模拟世界,也将在未来模拟我们的人生。
电视年代即有了“媒介即讯息”的惊呼,而在向着AGI高歌猛进的今天,这些绚丽的颜色已经成为感知的图式,铭刻进每一个技术享受者的神经元中。于是我们势必也要再次提及弗里德里希·基特勒所言:“there is no software”。软件不存在,一切皆为资本与权力构建的意识形态幻象,目的是阻止用户接近真正的硬件,那些不可见的基础设施。而要打破这种幻象,我们势必要集成五十年前实验室开放合作、让更多公民理解硬件、让更大的世界集成更多的研究者发挥更强的并行研究作用,延续摩尔定律,以科技释放社会的更多可能,改善解决社会突出问题。
戈登·摩尔去世之时的2023年,摩尔定律增长斜线也像其本人的心跳一样,成为了直线。当栅极拼尽全力也无法阻止电子在8纳米半节距宽的沟道中做量子隧穿运动时,人类微电子工业进程也如同站在世界尽头的悬崖边一般,再往前就是由量子力学不确定性所统治的深渊。
但摩尔定律从来不是一个对过去事件的现成总结,它交织着人类对先进制造巅峰的追求,以及对未知未来的好奇与担忧,而是一声声使未来电子科技变得更具可行性的前进呐喊。人类擅长于深渊之上搭桥修路,量子芯片、光子芯片的突围也许能像当初结型锗晶体管一样打开一个新的时代,而氮化镓、碳化硅乃至金刚石薄膜或许也将在未来接续起硅的使命,在下一个五十年带动人类工业中兴。
一切过往,皆可超越。
