纳米技术系列报道之六：硅时代才刚刚开始

【美国《商业周刊》１２月９日一期文章】题：硅时代才刚刚开始（作者奥蒂斯·波特安迪·赖因哈特加里
·麦克威廉斯史蒂文·布鲁尔）
几乎没有一项发明像微处理器（ＣＰＵ）那样如此深刻而迅速地改变了世界。第一块计算机芯片不过是在２５年前才刚刚诞生的。英特尔公司在１９７１年１１月出版的一本贸易杂志的广告上宣告第一块计算机芯片问世，预示“集成电子新时代”的来临。但是，就连英特尔公司也没有预料到，它向商业和社会领域发动的这场革命的规模如此之大。全球拥有３５００亿块芯片
当前，全世界芯片的数量已经增加到３５００亿块，其中包括１５０亿块微处理器。这就是说，地球上平均每个人拥有两块以上微处理器。在美国和其他工业国家，大多数未拥有个人计算机的家庭都装有二三十块微处理器。这些微处理器装在电视机、手表、照相机、厨具、真空吸尘器以及差不多其他所有嵌入墙壁的东西内。汽车通常至少拥有１０块微处理器，而德国梅塞德斯—奔驰Ｓ级新型轿车拥有５０块微处理器。
这些用硅制造的小玩意的确证实了英特尔公司的宣言。但是，迄今发生的一切还仅仅是一个序曲。英特尔公司总经理安德鲁·格罗夫在美国电子行业今年１１月举办的最近一次计算机博览会上断言：“我们只是处在这场进行中的革命的开端。”他的观点得到了ＩＢＭ公司、德州仪器公司、齐拉格公司、日立公司、日本电气公司及其他微处理器厂家经理人员的赞同。
自从英特尔公司第一块微处理器（即４００４微处理器）诞生以来，这些芯片不断突飞猛进，功能越来越强大。格罗夫预计，这种无法阻挡的发展态势至少将持续１５年以上，也可能持续３０年。他估计到２０１１年，带有１０亿个晶体管的微处理器每秒将能处理１０００亿条指令。目前速度最快的高能奔腾芯片含有５５０万个晶体管，速度为每秒处理４亿条指令。因此，这种未来芯片将具备２５０个高能奔腾芯片的能力。芯片计算能力每两年增长一倍
更为惊人的是，生产出来的微处理器将一年比一年多。要是把芯片处理速度的加快与芯片数量的增加结合起来，就会得到一个惊人的结果：世界上芯片的计算能力每两年左右就增长一倍。因此，从现在到１９９９年，芯片制造商将生产出数字处理能力相当于目前所有芯片能力总和的芯片。并且在下个世纪头一两年内，芯片的总量将翻一番。这种复合增长的影响极其惊人。英特尔公司微处理器发明小组成员、现Ｓｙｎａｐｔｉｃｓ公司总经理费德里科·费金认为，这样发展的一个结果就是将出现专门从事某些工作的自动智能机器。你只要告诉它们干什么，它们就会想出怎么干。费金说：“这将是一个新开端。”
正如现在正在发生的那样，随着每块芯片的晶体管数增加到数千万个，所有产品都将缩小在一块小硅片上。除了个人计算机、工作站和其他先进系统外，仅仅一块芯片就能容纳目前由不同供应商提供的分散在多种芯片上的所有电路。这些供应商都希望成为生产“芯片上的系统”的幸存者。因此，他们都需要微处理器电路。
就连动态随机存取存储器芯片的功能也显得越来越不够用了。计算机通常可以使用较多的存储器，不过下一代动态随机存取存储器使用的晶体管将超过只用于存储数据的大多数产品。因此，动态随机存取存储器制造商正利用微处理器模块研制混合芯片，以拓宽经营范围。美国Ｄａｔａｑｕｅｓｔ公司说，目前至少有十几家芯片公司正在研究专用集成电路（ＡＳＩＣ），把动态随机存取存储器芯片和微处理器的电路结合起来。
享有“动态随机存取存储器之王”美称的三星半导体公司也在这些公司之列。该公司今年９月首次推出带有１兆位存储器和６万个逻辑门的ＡＳＩＣ混合电路。耗赞巨资的产业
摩托罗拉公司与三菱公司的合作突出了系统芯片的现实问题：就连大型半导体公司也将难以独自经营。当系统芯片晶体管超过１亿个时，它们将变得极端复杂，并将耗费大量研究经费。目前尚没有计算机辅助设计系统能处理如此庞大的细节。英特尔公司总裁戈登·穆尔说，芯片生产需要的不动产投资是世界上最花钱的，而且具有很大的投机性。每英亩硅片制成微处理器要花１０亿美
元。
ＩＢＭ公司、德州仪器公司及其他一些公司计划明年使晶体管的宽度降低到极微小的０．２５微米，到本世纪末使之降低到０．１８微米。相比之下，细菌宽约为８微米，人的头发比它粗１０倍。随着晶体管的缩小，用于在硅片上蚀刻数百万个如此微小装置的设备成本将持续上升。目前，开办一家蚀刻０．３５微米晶体管的芯片厂要耗资２５亿美元。建造生产０．０７微米晶体管超级芯片的硅片厂可能要花１００亿美元。
对绝大多数芯片制造商来说，要在这场角逐中幸存下来，耗费的资金使人望而却步。ＳＧＳ—汤姆森微电子公司首席经济学家达文认为，从现在起，１０年内只有９或１０家芯片公司能负担得起建造新厂的费用。正是由于这种原因，３５个芯片制造商、半导体设计系统供应商和芯片用户不久前才成立了“虚拟插座接口联盟”（ＶＳＩＡ）。虚拟插座接口联盟自今年９月份成立以来，成员增加了一倍以上，达７９个公司，分别来自日本、韩国、欧洲和美国。
随着晶体管体积的缩小，其他所有微处理器的智能化程度将越来越高。在不远的将来，就连你的闹钟智能化程度也可能非常高，足以下载当地的交通报道，并根据道路状况调整催醒你的时间。因此，个人计算机的数量可能无法成为衡量这场微处理器革命将怎样席卷一切的标志。摩托罗拉公司的丹尼尔斯说：“到本世纪末、下世纪初后，你接触到的每一样东西都将装有芯片。”芯片晶体管的数量几乎与天上的星星一样多。（注：本系列报道至此全部结束）