或许以前你听过英特尔(Intel)之名,但可能不熟悉高登‧摩尔(Gordon Moore),他是英特尔的共同创办人,据报道身家高达120亿美元。摩尔最津津乐道的事迹,莫过于他以1960年代对半导体产业的观察报告,注意到晶体管密度每两年会增加一倍的发展定律与趋势,这为芯片制造商提供有所依据的发展蓝图和目标,并以“摩尔定律”闻名于世。
全世界最大独立芯片代工厂台积电(TSMC)采用10纳米制程的芯片,每平方毫米塞进超过5,200万颗晶体管(以2017年Snapdragon 835显例)。今年许多Android旗舰机型采用的Snapdragon 865移动平台,更以7纳米制程的极致工艺打造,每平方毫米配备近1亿颗晶体管。
黄式定律:AI芯片性能每两年增加一倍
至于以全新5纳米制程制造的苹果A14 Bionic芯片组,每平方毫米更将容纳约1.713亿颗晶体管,为苹果刚推出并支持最近发布的第四代iPad Air平板电脑使用,预计2020年苹果最新5G iPhone 12所有型号也能找到它的身影。A14包含118亿颗晶体管,相对于iPhone 11系列的A13 Bionic芯片才内置85亿颗晶体管。或许你会觉得这有什么大不了,但芯片晶体管数量愈多,性能表现和能源效率就愈高。
台积电和三星(Samsung)是全球前两大独立芯片代工厂,两家均祭出2纳米制程的最新技术发展蓝图。但当进入摩尔定律终结的时代会发生什么事?《华尔街日报》(Wall Street Journal)的Christopher Mims有答案:“黄氏定律”(Huang’s Law)。
Mims以英伟达(Nvidia)首席执行官暨共同创办人黄仁勋(Jensen Huang)的姓氏为题发布看法。黄氏定律指出,支持AI人工智能的芯片性能会每两年增加一倍;性能提升可归功于软硬件随着时间推移的改进。Nvidia首席科学家暨研究资深副总裁Bill Dally指出,从2012年11月到2020年5月,某些Nvidia AI芯片的性能提高了317倍。这比摩尔提出的“定律”要好。自驾卡车创业公司图森未来(TuSimple)表示,他们采用Nvidia AI芯片的系统,性能每年都增加一倍。
黄氏定律仍要10年左右才会套用
就像Nvidia众所周知的表现,GPU芯片可同时处理许多任务。CPU中央处理单元擅长快速处理单一任务。某些任务(包括AI相关任务)可通过GPU芯片以更低功耗分割并更快处理。随着AI从云计算转移到终端设备,ARM Holdings便成为提供必要零部件的领导者之一。这可以解释Nvidia为何会以400亿美元高价收购ARM的原因。
不论如何,还是有一些需要注意的地方。首先,GPU的处理能力并非适用所有情况。图森未来共同创办人暨首席技术官侯晓迪指出,即使自驾卡车这类极度依赖AI的企业,大多数系统程序代码也需要用到CPU。且黄氏定律最终也会像摩尔定律会有不再可行的一天。
然而就目前来说,想用到黄氏定律仍要约10年才行,且不会像摩尔定律那么广泛使用。到芯片制造商可能需取代摩尔定律,并希望开发出功能更全面的产品时,恐怕还有很长的路要走。尽管如此,Nvidia不惜斥资400亿美元高价收购ARM,想必有非常充分的理由才会这么做。
The next“Moore’s Law” could explain why NVIDIA wants ARM Holdings so badly
(首图来源:Nvidia)