現在我們都離不開電腦和手機，我們也可以感覺到，年年都會推出新電腦和手機，效能也都年年增加，這幕後的重要推手就是摩爾定律，計算科技也因此改變了世界的面貌。然而，當摩爾定律達到極限時，計算科技是否會停滯，我們又該如何面對？台灣大學資工系教授洪士灝說：「這是危機也是轉機！」

摩爾定律如何改變世界

摩爾定律一般認為是由英特爾創始人戈登．摩爾（Gordon Moore）最先提出，他預測半導體晶片上的電晶體數量，每年會增加一倍。目前普遍流行的說法則是，每18個月，電晶體數量會增加一倍。

由於每隔一年半，產量就會增加一倍，相當於每隔一年半，成本就會降低五成，也就是說，平均每年可降低約三成多的成本。從經濟層面來看，摩爾定律所帶來的成本效益極高。既然投資可以很快回收，許多廠商當然也願意花大錢投資下去，半導體業因此而蓬勃發展。

摩爾定律也提高了電腦的效能。電晶體越小，工作頻率就越高；電晶體愈多，就能同時做更多工作。兩者加乘之下，電腦效能就越來越好。然而，洪士灝說：「摩爾定律帶來了副作用，大家都偷懶！」程式不夠快沒關係，只要等一兩年，電腦就夠快了。由於不需要特殊化、異質計算，所以只追求通用型設計，例如電腦都是x86，手機都是ARM架構。

當摩爾定律走到盡頭

2004年，摩爾定律開始出現問題，被一堵功耗牆（power wall）擋住了前進的路。電晶體耗能會發熱，發熱總量可能會燒壞電晶體，所以不可能再增加工作頻率，也不能讓更多電晶體同時工作，單處理機的效能因而難以大幅增加。甚至有人認為，摩爾定律實際上已經終結。

另外，現今電晶體的尺寸已達奈米級，相當於原子的層級，技術門檻及研發成本都越來越高，已經少有廠商願意投入。目前能夠做7奈米以下的廠商只剩三家：台積電、英特爾、三星。

幸好2004年起，出現許多重量級應用，像是雲端計算與智慧型手機、物聯網與大數據、深度學習與人工智慧等。這些應用背後的關鍵技術就是多核心的平行及分散式計算。既然單處理機無法更強大，那就只能倚多為勝，因而繞過功耗牆，善用平行及分散式計算技術，轉向發展多核心處理機。這也使得摩爾定律得以用其他面貌維持下去。

這些應用需要大量的處理機才能發揮作用，而硬體也因為這些應用軟體才有了新的發展，這代表軟硬體的共生結構越來越緊密，軟硬體協同設計也變得格外重要。如果能根據應用的特性來處理軟硬體協同設計，就能發揮更大的效能。以Alpha Go為例，早期還使用繪圖處理機（GPU） 來處理人工智慧，到了2014年，Google開始研發TPU（Tensor Processing Unit），比同時期的GPU快30倍、省電80倍。第二代Alpha Go使用了48個TPU，第三、四代則只用了四個新式TPU，還更快、更省電，可見軟硬體協同設計威力之強大。

摩爾定律遲早會走到盡頭，而在後摩爾定律的時代，需要的是軟硬體兼備的素養和跨領域的團隊合作。洪士灝認為：「比起世界其他國家，台灣有不錯的基礎」，值得大家努力發展。