和时间旅行者讨论半导体

本文来自微信公众号：金捷幡（ID：jin-jiefan），作者：金捷幡，头图来自：《回到未来》

五一前的黄浦江旁，春风拂面。

太阳懒懒地照在窗上，滨江道上的歌手正卖力地唱着情歌。我坐在星巴克的皮椅上，紧张地盯着眼前的馥芮白。

“您是金先生吗？”，声音翩若惊鸿。

Emma是一位技术专家，刚从2035年回来。她身着一件没有任何字的灰色T恤，头发自然地垂到肩上，看不出一丝疲惫。

“记得我们的约定吧？不可以问未来发生的事情，只可以聊聊逻辑。” Emma说道。

我点点头，打开手机上早已准备好的问题提纲。

问答环节

金捷幡：我们现在是2021年，人们对摩尔定律的发展充满不确定性，你能讲讲吗？

Emma：人类对物理极限的认识还非常幼稚，定义摩尔定律终点的想法过于一根筋。况且目前10nm、7nm和5nm等定义和物理尺寸无关，只是简单粗暴地每次乘以0.7而已。

Emma：摩尔定律从来不是关于线宽的，而是关于密度的。如果以封装好的芯片单位投影面积计算晶体管数量，再翻很多倍都很容易吧？还有看看现在的3D NAND。逻辑芯片也显然可以3D化，只是你们技术还落后而已。

金捷幡：有一种论点叫“死亡经济学”，就是技术的金钱门槛大到一定程度后，就不可能继续下去了。

Emma：人类的信息革命其实才刚刚开始，你根本想象不到你们未来对算力和存储的需求会大到何种程度。

Emma：清朝辛丑条约赔的4亿两银子连陆家嘴“三件套”都不够建。钱不是需要操心的事情。

金捷幡：好吧，我还是问点实际问题吧。现在碳纳米管在实验室表现还不错，是不是会成为3nm以下技术的支柱呢？

Emma：我不能告诉你结果。碳纳米管需要另外制备，比如把石墨烯卷成小管子，精准沉积到光刻后的硅片上。你们最先进的原子层沉积High K材料，在碳纳米管也不适用了。你们还需要海量的新技术设备，而大马士革工艺用了几十年都烦了吧。

金捷幡：明白了，似乎这条路太艰难。3D SoC好像更容易点吧？

Emma：目前人类的芯片技术，在均衡上存在比较严重的问题。主流内存几十年没什么大进步，冯诺伊曼架构又要求内存和计算分离，DRAM的带宽、速度和功耗都差到姥姥家了。算力的倍增也未必一定需要靠堆晶体管的，架构是个核心点。

Emma: 人脑的算力和存储究其根源，能量也是通过植物和动物食物来源的太阳能。你看看一天只要吃几片面包，人脑实时图像处理能力就比你200TOPS的最强算力芯片还厉害。

金捷幡：唉，所有人都知道DRAM的问题，但每一次它都会战胜所有对手。现在DRAM的功耗在很多系统都超过CPU了，速度还那么慢。

Emma：3D SoC比如HBM可以解决部分带宽问题和部分芯片尺寸问题，也许你们中期可以解决散热和成本等麻烦，但长期看内存速度的瓶颈仍然是人类要解决的问题。

Emma：人类和各种IoT每天产生的数据量将迅速超过你们现有的处理能力，机器学习和神经网络将不可避免地推进内存内计算和新式内存的应用。

金捷幡：新式内存是指MRAM、RRAM和PCRAM等内存吗？我知道FRAM因为读写速度和功耗等优势已经广泛引入电表等IoT领域。

Emma：我不能告诉你结果，并不说DRAM会被取代，你们需要摸索的地方还太多了。另外，3D SoC还包括GPU、NPU和FPGA等集成到一起，但人类还没有搞明白处理能力和架构之间的关系。

金捷幡：怪不得Nvidia要收ARM，AMD要收Xlinx，Intel收了Altera。他们是要在数据中心掀起一场XPU大战吧？

Emma：不光数据中心，你们所谓的边缘计算需求也很大呀。数据形成的电子流动消耗了大量的能源，在网络里、在主板上、甚至在总线里最多。

Emma：你们终将明白，传统通用CPU和冯诺伊曼架构是代价高昂。不过你们的程序员还没有意识到在新的复合架构模式下新的编程方式应该是什么样的。

金捷幡：嗯，听起来考计算机系在未来几十年仍然有不错的前景。我们回到半导体制造的环节，High NA的EUV光刻机快出产了，但我觉得应该先用多次EUV曝光不是更经济吗？

Emma：你的逻辑有道理，低NA EUV两次或四次曝光在技术上更顺理成章。高NA如果从2nm开始启用，在光刻胶、mask、metal沉积等都有大量技术问题要同步解决。

Emma：另外，其实NA=0.55应该叫Middle NA，NA=0.75叫High NA才合适哦。只是焦深会更短，晶圆台和Mask移动的精准度量级则更高。

金捷幡：似乎学机械也可以焕发青春呢。我听说ASML对晶圆台启动移动的瞬间光子的浪费都感到可惜，因为EUV射线太宝贵了。为了保证产能，他们必须和时间赛跑，尽可能提高晶圆的移动速度，但台面飞快地加速和减速时，还不能产生一丝震动。

Emma：对，这是值得敬佩的。另外深度学习技术的辅助可以帮助工程师们补偿提高成像质量，如同你们现在的手机可以用计算摄影，ps月亮的技术也可以用于修正曝光线条。

金捷幡：这个蛮有意思的，这样的话似乎摩尔定律未来十年的瓶颈完全不在光刻上了。我想再问个相关问题，关于数字货币的未来是怎么样的？

Emma：这个问题有点不该问哦。我只能说，信用法币发行量大了以后，自然会流到各个地方去。超发的货币不一定引起大的通货膨胀，它们可以流到新产生或者新资产化的东西上。不同的数字货币就像不同的股票或收藏品一样，总有不同阶层的受众。

Emma：金融食物链上最高的捕食者，永远是把别人的东西借给别人来低风险套利。底层的人们在解决了温饱以后，总会把多余的钱赌一下命运，试图提升阶层。

Emma：但他们实际上只是数据源，数据处理者永远是上层。人们的存款会被贷给别人，买的股票甚至数字货币会被借给别人，他们承担了所有的风险，但只有少数人能完成跃升，因为大部分利润还是捕食者拿走了。

金捷幡：这个结论蛮让人焦虑的，我们这儿的手机总是跳出个假红包或者引诱用户选小贷付款，做这些APP的人早都已经是百亿富豪。

金捷幡：再问个开心点的问题吧。我最近玩了Pico的NEO和Oculus的Quest2，很喜欢。虽然因为岁数大了很久不玩游戏，但现在VR上手好容易而且游戏个个是精品，看电影效果也不错。另外沉浸的感觉和传统游戏机真的区别巨大，太刺激了。以后VR会成为一个巨大的产业吗？

Emma：你又想探口风买不买FB股票吧？我不能告诉你答案。VR确实可以让人类的宅家生活翻天覆地，AR也可以在工业界大显神威。但关键的问题要问你自己，人类是否将变得越来越不喜欢出门。

Emma：在解决了8K、16K视频的带宽问题后，人们都没必要去电影院了，套上眼镜就可以有和影院一样的观感甚至体感。解决了32K、64K视频带宽问题后，连旅游都没必要了，套上VR眼镜想身处哪个国家哪个地点都行，在火星上也行。

金捷幡：不知道为什么，这听起来并不美好哦。假如人们不爱出门了，那特斯拉会变成世界销量第一的汽车公司吗？

Emma：很抱歉，我不能说。今天的会面该结束了，我已经感觉到希尔伯特空间的扰动。

金捷幡：我想最后再问下：人类能战胜新冠病毒吗？未来的世界是变得更好还是更坏了？

Emma笑了笑说，反正会和你想象的不大一样。

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