和時間旅行者討論半導體

五一前的黃浦江旁，春風拂面。

太陽懶懶地照在窗上，濱江道上的歌手正賣力地唱著情歌。我坐在星巴克的皮椅上，緊張地盯著眼前的馥芮白。

“您是金先生嗎？”，聲音翩若驚鴻。

Emma是一位技術(shù)專家，剛從2035年回來。她身著一件沒有任何字的灰色T恤，頭發(fā)自然地垂到肩上，看不出一絲疲憊。

“記得我們的約定吧？不可以問未來發(fā)生的事情，只可以聊聊邏輯?！?Emma說道。

我點點頭，打開手機上早已準備好的問題提綱。

問答環(huán)節(jié)：

金捷幡：我們現(xiàn)在是2021年，人們對摩爾定律的發(fā)展充滿不確定性，你能講講嗎？

Emma：人類對物理極限的認識還非常幼稚，定義摩爾定律終點的想法過于一根筋。況且目前10nm、7nm和5nm等定義和物理尺寸無關(guān)，只是簡單粗暴地每次乘以0.7而已。

Emma：摩爾定律從來不是關(guān)于線寬的，而是關(guān)于密度的。如果以封裝好的芯片單位投影面積計算晶體管數(shù)量，再翻很多倍都很容易吧？還有看看現(xiàn)在的3D NAND。邏輯芯片也顯然可以3D化，只是你們技術(shù)還落后而已。

金捷幡：有一種論點叫“死亡經(jīng)濟學”，就是技術(shù)的金錢門檻大到一定程度后，就不可能繼續(xù)下去了。

Emma：人類的信息革命其實才剛剛開始，你根本想象不到你們未來對算力和存儲的需求會大到何種程度。

Emma：清朝辛丑條約賠的4億兩銀子連陸家嘴“三件套”都不夠建。錢不是需要操心的事情。

金捷幡：好吧，我還是問點實際問題吧。現(xiàn)在碳納米管在實驗室表現(xiàn)還不錯，是不是會成為3nm以下技術(shù)的支柱呢？

Emma：我不能告訴你結(jié)果。碳納米管需要另外制備，比如把石墨烯卷成小管子，精準沉積到光刻后的硅片上。你們最先進的原子層沉積High K材料，在碳納米管也不適用了。你們還需要海量的新技術(shù)設(shè)備，而大馬士革工藝用了幾十年都煩了吧。

金捷幡：明白了，似乎這條路太艱難。3D SoC好像更容易點吧？

Emma：目前人類的芯片技術(shù)，在均衡上存在比較嚴重的問題。主流內(nèi)存幾十年沒什么大進步，馮諾伊曼架構(gòu)又要求內(nèi)存和計算分離，DRAM的帶寬、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體管的，架構(gòu)是個核心點。

Emma: 人腦的算力和存儲究其根源，能量也是通過植物和動物食物來源的太陽能。你看看一天只要吃幾片面包，人腦實時圖像處理能力就比你200TOPS的最強算力芯片還厲害。

金捷幡：唉，所有人都知道DRAM的問題，但每一次它都會戰(zhàn)勝所有對手?，F(xiàn)在DRAM的功耗在很多系統(tǒng)都超過CPU了，速度還那么慢。

Emma：3D SoC比如HBM可以解決部分帶寬問題和部分芯片尺寸問題，也許你們中期可以解決散熱和成本等麻煩，但長期看內(nèi)存速度的瓶頸仍然是人類要解決的問題。

Emma：人類和各種IoT每天產(chǎn)生的數(shù)據(jù)量將迅速超過你們現(xiàn)有的處理能力，機器學習和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)將不可避免地推進內(nèi)存內(nèi)計算和新式內(nèi)存的應用。

金捷幡：新式內(nèi)存是指MRAM、RRAM和PCRAM等內(nèi)存嗎？我知道FRAM因為讀寫速度和功耗等優(yōu)勢已經(jīng)廣泛引入電表等IoT領(lǐng)域。

Emma：我不能告訴你結(jié)果，并不說DRAM會被取代，你們需要摸索的地方還太多了。另外，3D SoC還包括GPU、NPU和FPGA等集成到一起，但人類還沒有搞明白處理能力和架構(gòu)之間的關(guān)系。

金捷幡：怪不得Nvidia要收ARM，AMD要收Xlinx，Intel收了Altera。他們是要在數(shù)據(jù)中心掀起一場XPU大戰(zhàn)吧？

Emma：不光數(shù)據(jù)中心，你們所謂的邊緣計算需求也很大呀。數(shù)據(jù)形成的電子流動消耗了大量的能源，在網(wǎng)絡(luò)里、在主板上、甚至在總線里最多。

Emma：你們終將明白，傳統(tǒng)通用CPU和馮諾伊曼架構(gòu)是代價高昂。不過你們的程序員還沒有意識到在新的復合架構(gòu)模式下新的編程方式應該是什么樣的。

金捷幡：嗯，聽起來考計算機系在未來幾十年仍然有不錯的前景。我們回到半導體制造的環(huán)節(jié)，High NA的EUV光刻機快出產(chǎn)了，但我覺得應該先用多次EUV曝光不是更經(jīng)濟嗎？

Emma：你的邏輯有道理，低NA EUV兩次或四次曝光在技術(shù)上更順理成章。高NA如果從2nm開始啟用，在光刻膠、mask、metal沉積等都有大量技術(shù)問題要同步解決。

Emma：另外，其實NA=0.55應該叫Middle NA，NA=0.75叫High NA才合適哦。只是焦深會更短，晶圓臺和Mask移動的精準度量級則更高。

金捷幡：似乎學機械也可以煥發(fā)青春呢。我聽說ASML對晶圓臺啟動移動的瞬間光子的浪費都感到可惜，因為EUV射線太寶貴了。為了保證產(chǎn)能，他們必須和時間賽跑，盡可能提高晶圓的移動速度，但臺面飛快地加速和減速時，還不能產(chǎn)生一絲震動。

Emma：對，這是值得敬佩的。另外深度學習技術(shù)的輔助可以幫助工程師們補償提高成像質(zhì)量，如同你們現(xiàn)在的手機可以用計算攝影，ps月亮的技術(shù)也可以用于修正曝光線條。

金捷幡：這個蠻有意思的，這樣的話似乎摩爾定律未來十年的瓶頸完全不在光刻上了。我想再問個相關(guān)問題，關(guān)于數(shù)字貨幣的未來是怎么樣的？

Emma：這個問題有點不該問哦。我只能說，信用法幣發(fā)行量大了以后，自然會流到各個地方去。超發(fā)的貨幣不一定引起大的通貨膨脹，它們可以流到新產(chǎn)生或者新資產(chǎn)化的東西上。不同的數(shù)字貨幣就像不同的股****或收藏品一樣，總有不同階層的受眾。

Emma：金融食物鏈上最高的捕食者，永遠是把別人的東西借給別人來低風險套利。底層的人們在解決了溫飽以后，總會把多余的錢****一下命運，試圖提升階層。

Emma：但他們實際上只是數(shù)據(jù)源，數(shù)據(jù)處理者永遠是上層。人們的存款會被貸給別人，買的股****甚至數(shù)字貨幣會被借給別人，他們承擔了所有的風險，但只有少數(shù)人能完成躍升，因為大部分利潤還是捕食者拿走了。

金捷幡：這個結(jié)論蠻讓人焦慮的，我們這兒的手機總是跳出個假紅包或者引誘用戶選小貸付款，做這些APP的人早都已經(jīng)是百億富豪。

金捷幡：

再問個開心點的問題吧。我最近玩了Pico的NEO和Oculus的Quest2，很喜歡。雖然因為歲數(shù)大了很久不玩游戲，但現(xiàn)在VR上手好容易而且游戲個個是精品，看電影效果也不錯。另外沉浸的感覺和傳統(tǒng)游戲機真的區(qū)別巨大，太刺激了。以后VR會成為一個巨大的產(chǎn)業(yè)嗎？

Emma：你又想探口風買不買FB股****吧？我不能告訴你答案。VR確實可以讓人類的宅家生活翻天覆地，AR也可以在工業(yè)界大顯神威。但關(guān)鍵的問題要問你自己，人類是否將變得越來越不喜歡出門。

Emma：在解決了8K、16K視頻的帶寬問題后，人們都沒必要去電影院了，套上眼鏡就可以有和影院一樣的觀感甚至體感。解決了32K、64K視頻帶寬問題后，連旅游都沒必要了，套上VR眼鏡想身處哪個國家哪個地點都行，在火星上也行。

金捷幡：不知道為什么，這聽起來并不美好哦。假如人們不愛出門了，那特斯拉會變成世界銷量第一的汽車公司嗎？

Emma：很抱歉，我不能說。今天的會面該結(jié)束了，我已經(jīng)感覺到希爾伯特空間的擾動。

金捷幡：我想最后再問下：人類能戰(zhàn)勝新冠病毒嗎？未來的世界是變得更好還是更壞了？

Emma笑了笑說，反正會和你想象的不大一樣。