“美國芯片業(yè)敲響警鐘”，英國《金融時(shí)報(bào)》29日發(fā)表如題文章，指出作為美國科技領(lǐng)先的關(guān)鍵支柱之一，這個(gè)行業(yè)卻顯露出自信心崩潰的跡象。

一方面，摩爾定律風(fēng)光不再，芯片性能改善持續(xù)減弱，芯片公司艱難應(yīng)對(duì)研發(fā)回報(bào)下降的局面;另一方面，美國政府則擔(dān)心中國企業(yè)依托政府支持，帶來“重塑市場(chǎng)的威脅”。

“受命于危難之間”，美國國防高級(jí)研究計(jì)劃局(DARPA)上周宣布要砸15億美元，重振美國芯片產(chǎn)業(yè)，這也是該機(jī)構(gòu)四十年來首次大規(guī)模介入芯片領(lǐng)域。

文章指出，經(jīng)常有人預(yù)言摩爾定律(Moore‘s Law)即將失效，DARPA首席微電子專家比爾·查普爾(Bill Chappell)更指出，摩爾定律“早在十年前就死了”。

“統(tǒng)治”了晶體管發(fā)展50多年的摩爾定律，由英特爾聯(lián)合創(chuàng)始人戈登·摩爾(Gordon Moore)在1965年提出，預(yù)言大約每兩年芯片上的晶體管數(shù)量會(huì)翻倍。

摩爾定律創(chuàng)始者戈登·摩爾

在隨后30年中，通過縮小芯片上元件的尺寸，芯片發(fā)展一直遵循著摩爾定律。然而進(jìn)入21世紀(jì)，單純依靠縮小尺寸的做法已經(jīng)明顯走到尾聲。

圖表均來自英國《金融時(shí)報(bào)》，觀察者網(wǎng)漢化

谷歌母公司Alphabet董事會(huì)主席約翰·亨尼斯(John Hennessy)表示，過去十年芯片性能提高軌跡落在摩爾定律的指數(shù)級(jí)增長曲線之下，如今芯片上的晶體管密度只是“應(yīng)有密度”的十分之一。

文章指出，如今美國芯片業(yè)正開始直面一個(gè)令人不安的現(xiàn)實(shí)。長期以來，芯片性能穩(wěn)定的提升支撐著行業(yè)發(fā)展，并提供了計(jì)算能力開辟新的技術(shù)市場(chǎng)。但一段時(shí)間以來，這種性能改善在持續(xù)減弱。

卡內(nèi)基梅隆大學(xué)(Carnegie Mellon University)工程和公共政策教授埃麗卡·富克斯(Erica Fuchs)指出，這一現(xiàn)象從2004年起就很明顯了。

在舊金山上周舉行的DARPA會(huì)議上，?？怂怪赋?，芯片公司也一直艱難地應(yīng)對(duì)研發(fā)回報(bào)下降的局面：

“投入越來越大，然而收入?yún)s沒有跟上投資的步伐。”

擁有60年歷史的美國芯片業(yè)，好像眼睛都沒眨一下，就已經(jīng)度過了這段不詳?shù)臅r(shí)期。周期性的繁榮和硅的新市場(chǎng)——從無人駕駛汽車到機(jī)器學(xué)習(xí)，提升了行業(yè)銷量。

自2016年初以來，費(fèi)城半導(dǎo)體指數(shù)翻了一番，標(biāo)普500指數(shù)也漲了38%。

然而，報(bào)道稱，作為美國科技領(lǐng)先的關(guān)鍵支柱之一，這個(gè)行業(yè)卻顯露出自信心崩潰的跡象。

去年初發(fā)布的一份總統(tǒng)顧問小組的報(bào)告，“明確”了危險(xiǎn)所在。

除了“基本技術(shù)限制”導(dǎo)致創(chuàng)新放緩，撰寫該報(bào)告的行業(yè)帶頭人還警告稱，中國正依托大規(guī)模政府資金支持的產(chǎn)業(yè)政策，“有序不紊地重塑市場(chǎng)”，“威脅到美國工業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力”。

在這種背景之下，DARPA上周宣布支持一系列研究項(xiàng)目，以幫助指導(dǎo)該芯片行業(yè)的長期發(fā)展方向。一直以來，DARPA以其研究成果為互聯(lián)網(wǎng)和自動(dòng)駕駛汽車等領(lǐng)域帶來突破而聞名。

在DAPRA這項(xiàng)耗資15億美元的計(jì)劃中，一部分是撥款給學(xué)術(shù)界和企業(yè)界的相關(guān)研究人員，這也是該機(jī)構(gòu)四十年來首次大規(guī)模介入芯片領(lǐng)域。

查普爾指出，這種干預(yù)是必要的，因?yàn)樵撔袠I(yè)正處在一個(gè)“拐點(diǎn)”，需要將目光轉(zhuǎn)向更長期的影響因素。

《金融時(shí)報(bào)》評(píng)論稱，其實(shí)早該轉(zhuǎn)移注意力了。

富克斯教授指出，美國芯片行業(yè)一個(gè)主要組織十多年前就提議撥款6億美元作為長期研究預(yù)算，而最終承諾投入的經(jīng)費(fèi)僅為2000萬美元。

DARPA的研究項(xiàng)目涵蓋芯片架構(gòu)、新材料和設(shè)計(jì)，這些項(xiàng)目讓人得以一瞥可能在今后十年推動(dòng)發(fā)展的技術(shù)。

這些研究項(xiàng)目也預(yù)示著，芯片行業(yè)面貌可能發(fā)生重大轉(zhuǎn)變，因?yàn)樵谀柖上逻\(yùn)行的舊的確定性已然消失。

例如，在芯片架構(gòu)方面，該行業(yè)正面臨著通用芯片收益遞減的問題，而通用芯片一直是數(shù)字時(shí)代的主力，比如英特爾的CPU。雖然以計(jì)算能力來說，通用芯片有著無與倫比的性價(jià)比，但它們卻不能針對(duì)特定任務(wù)進(jìn)行優(yōu)化。

英特爾的研發(fā)負(fù)責(zé)人邁克爾·梅伯里(Mike Mayberry)認(rèn)為，異構(gòu)性將在未來更加突出。

DARPA研究的一個(gè)重點(diǎn)是兼顧計(jì)算能力和靈活性的新芯片架構(gòu)。這包括“軟件定義的硬件”(SDH)，或可以動(dòng)態(tài)重新編程的芯片——如今的“現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列”(FPGA)的延伸，后者是制成后可調(diào)整并具有一定靈活性的集成電路。

查普爾表示，機(jī)器學(xué)習(xí)的興起讓人得以一瞥這個(gè)新世界的可能面貌。由于人工智能的深度學(xué)習(xí)系統(tǒng)在訓(xùn)練時(shí)需要用到海量數(shù)據(jù)，市場(chǎng)對(duì)能處理海量數(shù)據(jù)的專用芯片的需求，為英偉達(dá)(Nvidia)帶來了新活力。

此外，英偉達(dá)的圖形處理單元最初是為了處理視頻而設(shè)計(jì)的。這種需求也為谷歌打開了一扇門，谷歌推出了一種名為TPU的大數(shù)據(jù)芯片設(shè)計(jì)。

與此同時(shí)，英特爾正利用FPGA來提高其用于機(jī)器學(xué)習(xí)的CPU的性能——這是微軟在“腦波計(jì)劃(Project Brainwave)”采用的方法，“腦波計(jì)劃”旨在為其數(shù)據(jù)中心帶來更深層次的人工智能能力。

亨尼斯認(rèn)為，此類“特定領(lǐng)域的架構(gòu)”的崛起代表著影響芯片業(yè)發(fā)展的最重要因素。

報(bào)道稱，這可能在其他新興的計(jì)算市場(chǎng)樹立一種模式。梅伯里表示，例如我們可以設(shè)想一種經(jīng)過新型處理器，專門應(yīng)用于需要在現(xiàn)實(shí)世界中與人在一起時(shí)運(yùn)行的個(gè)人機(jī)器人。

對(duì)英特爾、英偉達(dá)和高通等公司來說，這一趨勢(shì)可能是個(gè)好兆頭。

查普爾表示，該趨勢(shì)讓人看到了一個(gè)潛在的未來，大型的“水平”芯片公司，其產(chǎn)品可應(yīng)用于多個(gè)領(lǐng)域，將繼續(xù)在更專業(yè)化的計(jì)算領(lǐng)域處于主導(dǎo)地位。

然而，技術(shù)領(lǐng)域的其他長期趨勢(shì)可能為新進(jìn)入者提供機(jī)遇，并帶來更具顛覆性的變革。

在材料方面，DARPA支持探索集成專業(yè)元件的方法。這主要是為了克服一個(gè)根本性的瓶頸，即信息需要在芯片的記憶元件和邏輯處理器之間來回傳輸——這降低了性能，特別是在涉及大量數(shù)據(jù)的應(yīng)用上。

根據(jù)DARPA的說法，一種結(jié)果可能是研究出新的硬件設(shè)計(jì)，徹底顛覆舊的方法，將處理能力轉(zhuǎn)移到存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的地方——這清楚表明了現(xiàn)在計(jì)算領(lǐng)域越來越以數(shù)據(jù)為中心的本質(zhì)。

與此同時(shí)，在芯片設(shè)計(jì)領(lǐng)域，DARPA正在支持新技術(shù)，旨在通過提高自動(dòng)化程度來降低成本，同時(shí)將設(shè)計(jì)任務(wù)分解成更小的單位。

總之，這樣的趨勢(shì)預(yù)示著未來新進(jìn)入者有可能影響專業(yè)芯片設(shè)計(jì)。查普爾稱，這可能會(huì)讓臉書和亞馬遜這樣的公司在提供服務(wù)方面擁有更好的控制——從擁有數(shù)據(jù)到設(shè)計(jì)專用硅。

將設(shè)計(jì)和制造分解到更小的組件上，也使得小規(guī)模公司可以參與進(jìn)來獲得經(jīng)濟(jì)效益，扭轉(zhuǎn)行業(yè)整合直至集中到少數(shù)幾家全球巨頭手中的趨勢(shì)。

查普爾將之比作精釀產(chǎn)業(yè)，認(rèn)為初創(chuàng)企業(yè)和對(duì)“垂直”市場(chǎng)(如醫(yī)療影像)感興趣的公司將設(shè)計(jì)并生產(chǎn)較小批量的芯片。

這樣的前景會(huì)吸引國防部研究人員，并不奇怪。梅伯里表示，美國軍方已開始依賴于其委托制造數(shù)量相對(duì)較少的高度優(yōu)化芯片的能力。