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摩尔定律即将失效？实则正以3D芯片形式延续，通过垂直堆叠突破物理极限，实现性能跃升与成本优化。芯片架构革命如何推动未来计算？

（本图片由图虫创意提供，仅供于科普中国平台使用）

从体积巨大的古董电脑，再到如今非常小巧的笔记本电脑以及手机，计算设备的进化史堪称是一场奇迹，而这场奇迹的核心驱动力是一个我们耳熟能详的名字——摩尔定律。

摩尔定律并非是物理定律，而是英特尔创始人之一戈登·摩尔在1965年提出的一个产业预言和经济学目标。他观察到，大约每18到24个月，同样面积的芯片上可以容纳的晶体管数量会增加一倍，成本也会下降。

在过去的几十年里，整个行业都在遵循摩尔定律这个路线图疯狂地奔跑。晶体管做的越来越小，从微米级到纳米级，就像把一座城市里的道路和建筑不断去微缩，从而在同一块地里去塞进了更多的东西。这带来了一个非常非常大的感受是什么呢？手机性能越来越强，电脑越来越快，但是价格却越来越亲民。

芯片加工（本图片由图虫创意提供，仅供于科普中国平台使用）

不过，任何狂奔都是会有终点的，当晶体管的尺寸逼近几个纳米的物理极限时，科学家们遇到了大麻烦。

第一个麻烦是量子隧穿效应。晶体管内部的绝缘层如果薄到了几个原子的厚度，电子就会像有了穿墙术一样漏过去，这会导致芯片发生错误，功耗也会飙升。

量子隧穿效应

第二个危机是极端发热问题。大家可以想象一下，数十亿个晶体管挤在纳米尺度的空间内，它的功率密度堪比火箭发动机的喷口。

第三个困难是经济成本。建造一座生产最先进的制成芯片的工厂，它的成本高达数百亿美金，这些成本最终都会转嫁到每一颗芯片上。摩尔定律所说的“成本会下降”这部分预言好像逐渐变得不那么真实了。

所以说，摩尔定律是要失效了吗？

最近几年大家发现，与其说失效，不如说它正在换一种方式延续。当平面微缩这条技术路线越走越窄的时候，科学家们发挥了一个非常朴素的智慧：既然平面铺不开了，那就向上发展，建高楼，这就是3D芯片技术。

传统的芯片是一个平房村落，所有的晶体管都铺在同一侧，信号要穿过漫长而拥挤的街道才能到它另一端，既慢又非常耗电。而3D芯片是一个摩天大楼，科学家们通过先进的封装技术将多个计算芯片、内存芯片，甚至不同工艺的芯片，像搭积木一样垂直堆叠在一起，并且通过3D互联的技术设计层与层之间的高速电梯，从而将它们纵向紧密连接。

我们可以想象一下，在新的3D芯片里，计算单元之间不再是隔着一个城市的“远房表亲”，而是住在上下楼的邻居，数据交换的距离降低了几个数量级，信号传输的速度得到了极大的提升，功耗也显著降低。