【科普】吴飞教授：《走进人工智能》---第11讲 摩尔定律：芯片中晶体管数目增长速度

由高等教育出版社、高等教育电子音像出版社出品，浙江大学上海高等研究院联合上海人工智能实验室智能教育中心共同打造了原创人工智能前沿科普有声通识数字栏目——《走进人工智能》，主理人为浙江大学上海高等研究院常务副院长，浙江大学人工智能研究所所长、中国图象图形学学会理事、动画与数字娱乐专业委员会副主任 吴飞教授 ，本栏目已在喜马拉雅平台正式上线。

本期内容为《走进人工智能》：第11讲 摩尔定律：芯片中晶体管数目增长速度

《走进人工智能》

第11讲

从摩尔定律到黄氏定律：人工智能算力之源

摩尔定律：芯片中晶体管数目增长速度

1965年，英特尔（Intel）创始人之一戈登·摩尔（Gordon Moore）在《电子学》（Electronics Magazine）杂志上发表了一篇文章，题目是《让集成电路填满更多元器件》，他预测到：1965年集成电路虽然仅集成了30个元器件，但是10年后的1975年可集成的元器件会增长到6万个，也就是说半导体芯片上集成的晶体管数目将每年增加一倍。1975年，戈登·摩尔将这一预测修改为每隔2年增加1倍。后来，英特尔首席执行官大卫·豪斯（David House）将这一预测修改为每隔18个月增加1倍。

1975年，加州理工大学教授卡沃·米德（Carver Mead）第一次使用 “摩尔定律（Moore's law）”这一单词来表示如下计算机发展速度：当价格不变时，计算机集成电路上可容纳的晶体管数目，每隔18到24个月便会增加一倍，相应地，计算机性能也会提升一倍。 

今天在摩尔定律的见证下，计算机芯片所包含的晶体管数目已经从早期几百个提升到百亿个，实现了“指数爆炸”，推动计算机性能不断飞速提升。

这里给你解释下晶体管和集成电路这两个概念。简单地说，计算机芯片就像一个储存开关的大工厂，你可以把一个晶体管当作一个电灯开关，它有个操作位，分别代表开（on）和关（off）两种状态。这一开一关就相当于晶体管的连通与断开，而这两种状态正好与计算机中数据处理的二进制“0”和“1”对应！这样计算机中的晶体管就具备了处理信息的能力。类似地，计算机芯片中包含晶体管越多，从宏观上而言，可以在芯片上处理的数据就越多，机器性能就越好。

晶体管于1947年12月由美国贝尔实验室的肖克利（William Shockley）、巴丁（John Bardeen）和布拉顿（Walter Houser Brattain）组成的研究小组发明，三人于1956年同时荣获诺贝尔物理学奖。晶体管的问世，是20世纪的一项重大发明，是微电子革命的先声。

集成电路（Integrated Circuit）顾名思义就是把一定数量的电阻、电容、晶体管等电子元器件通过半导体工艺集成在一起的具有特定功能的电路。在晶体管发明不久，杰克·基尔比（Jack Kilby）成功研制出世界上第一块集成电路，因为这一伟大成就而被授予2000年诺贝尔物理学奖。自晶体管发明以来，它的尺寸不断缩小，到现在，相当于目前全球人口数量的60亿枚晶体管通过集成电路技术组合在一起，所占面积不过仅为一张信用卡的大小而已。

随着芯片中晶体管数目的不断增加，由于散热和功耗等问题存在，目前对摩尔定律的维续正面临严峻挑战。

产品名称：走进人工智能∣有声通识十五讲

主理人：吴飞

出品机构：高等教育出版社 、高等教育电子音像出版社

合作机构：浙江大学上海高等研究院、上海人工智能实验室智能教育中心

出品时间：2022年1月

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