在过去的几十年里，我们确实看到计算能力有了很大增长。我们可以坐在公交车上玩高品质的视频游戏，或在忘记带「单反」的情况下拍摄 4K 视频。但我们智能手机上的硬件真的还在遵循摩尔定律吗？
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网易科技讯 9 月 25 日消息，据 AndroidAuthority 报道，早在 1965 年，英特尔公司联合创始人戈登·摩尔（Gordon Moore）就曾提出摩尔定律，预测密实集成电路板上使用的晶体管数量每隔两年就会翻一番。然而在通常情况下，这个定律被推断适用于所有技术。也就是说，人们普遍认为技术进步的速度应该每两年提高一倍。
以我们口袋里的智能手机为例，这种设备可能比几年前的电脑还要强大。NASA 的计算机曾帮助宇航员登上月球，而现在的手机比 NASA 曾经使用的计算机还要强大数百万倍，这简直令人难以置信。
在过去的几十年里，我们确实看到计算能力有了很大增长。我们可以坐在公交车上玩高品质的视频游戏，或在忘记带「单反」的情况下拍摄 4K 视频。但我们智能手机上的硬件真的还在遵循摩尔定律吗？
三星 Galaxy S8 可能不会让人觉得比 Galaxy S7 或 Galaxy S6 强大 2 倍。在过去几年里，我们使用手机的方式并没有发生太大变化。现在使用普通智能手机，你几乎可以做任何想做的事情，与 2 年前的旗舰智能手机相比没什么区别。那么，智能手机技术达到顶峰了吗？摩尔定律错了吗？下面让我们仔细看看：
1. 规格对比
首先，我们可以从智能手机的规格方面来看。与以前的智能手机相比，最新智能手机规格有哪些变化？鉴于本文作者是三星手机的忠实用户，为此他以三星多款旗舰手机为例，并从 Geekbench 中添加了部分基准评分，以此来证明这些规格在「真实世界」中的表现。
图表显示，手机在渐进式改进，但规格和性能提高都没有翻倍。这可能会归结于制造商专注于其他功能，而不是盲目地遵守摩尔定律。智能手机不仅要比去年快得多，而且结构也要更漂亮，电池效率、分辨率也要更高。CPU 性能并不是唯一要优先考虑的因素，这也可以解释为什么我们在这些方面没有看到「翻倍」。当然，还有更多的原因。
2. 关于 CPU 工作原理
看看上面的表格，你可以看到 GHz 和性能之间的关系并不密切。仅看 GHz，你会发现相当扭曲的画面。给予 CPU 的指令通常是连续的，并且将会在「管道（隐喻）」中排队等待计算机执行。时钟速度可以告诉你 CPU 能够多快地获取并执行每个指令。而 GHz 是一种测量速度的方法，2GHz 的 CPU 可以执行每秒 20 亿次循环。然后，GHz 数越高，CPU 执行任务、运行代码的速度越快。
但实际情况要比这复杂得多，因为 CPU 可以使用各种各样的技巧，以便在每个周期中执行更多的指令，或者更有效地执行它们。例如，在当前指令完成之前，CPU 就开始获取下个指令，并将它们的「管道」分解为多个阶段，这样可以更高效地执行。同样地，执行引擎可以分成两个独立的单元，可以并行运行。这种「指令级并行」（ILP）意味着可以同时执行多个指令。
这些提高效率的技巧通常被描述为使「管道更宽、更长」，这两种方法都可以增加每个周期执行指令的数量和效率。但这里也存在限制，因为有些任务需要按顺序执行，但这是从芯片中挤出更多性能的另一种方法。这意味着，在许多情况下，时钟速度较慢的 CPU 仍然可以保持更快的速度。它正在经历更少的革命，但它正在做更多的工作。
在此之前，我们甚至还没有提到拥有多个内核来平衡任务、提高效率、节约能源、处理热量、防止节流或使用缓存等功能，这些方法都能方便地存储有用的信息。与之类似，我们也忽略了 GPU，它能处理特定类型的任务，这些任务对于绘制图形或内存储信息都非常有用。设备的整体性能是由许多较小的元素协同工作决定。CPU 只是 SoC 的一小部分，而后者也是整个设备的一小部分。
3. 芯片制造工艺
但请记住，摩尔定律所说的是芯片上晶体管的数量。CPU 上的晶体管越多，它就越「聪明」。晶体管是一种很小的开关，可以用来创建逻辑门，而逻辑门则可充当你手机的「大脑」。
在芯片每平方厘米面积上安装的晶体管越多，能够安装到设备里的总数就越多。这就是晶体管的密度，也就是 10nm 芯片中 10 所代表的含义。这里的 nm 意为「纳米」，它测量的距离是单独晶体管的一半。数字越小，晶体管就越小，所适应的空间也就越小。
从美国版本的 Galaxy S8 中使用的高通骁龙 835 来看，它使用了 10nm 的设计。通过这种方式，它声称比前身缩小了 35%，节能 25%。Galaxy S7 上使用的三星 Exynos 8890 怎么样？它属于 14nm 芯片。而 Galaxy S6 的 Exynos 7420 也是 14nm。这些都是定制的处理器，但它们都基于相同的 ARM 架构。
三星和台积电等公司目前正在开发 7nm 芯片（三星赢得了 10nm 工艺竞赛），而台积电已经在寻找制造 5nm 和 3nm 芯片的工厂！最重要的是，这是另一种衡量设备性能的标准，它与摩尔实际讨论的内容拥有更紧密的联系。很明显，芯片性能仍在以非常快的速度增长，即使没有以每个两年翻一倍的速度加速。
4. 晶体管的数量
但仅仅因为你能把更多晶体管装进更小的空间，并不一定意味着芯片上会有更多晶体管，这取决于芯片的大小。那么在这些 CPU 上你能找到多少个晶体管呢？骁龙 835 上拥有 30 亿个晶体管。相比而言，人类大脑中大约有 1000 亿个神经元。
不幸的是，这些信息对所有智能手机来说都是不可用的，三星此前机型没有具体数据。尽管这是一个不完美的测试，当让我们看看另一个移动 SoC，iPhone 5s 据说采用了苹果 A7 双核芯片，拥有 10 亿个晶体管，仅是 Galaxy S8 的 1/3。A8 芯片上的晶体管数量达到了 20 亿。如果我们把它们的 Geekbench 分数汇集起来，我们可以看到这个结论：
当然，将晶体管数量增加一倍，并不一定让性能在现实世界中提高一倍。事实上，在 A7 和 A8 之间的性能差异相对较小，尽管后者晶体管数量是前者的 2 倍，但它们拥有相同的 RAM 和 GHz。更大的晶体管密度并不一定会带来更高的性能和速度，因为制造商有时会「选择」如何最好地使用这些新晶体管。
在某些情况下，他们可能专注于与性能没有直接相关的功能。例如，ARM 有一个提高 SoC 的功率效率的系统，叫做「big.Little」。它主要使用两种不同的动力核心来完成更轻更密集的任务。
这些功能更多地是出于对电池续航时间和热量管理的关注，而不是纯粹的计算速度。这是 GPU 通常可以比 CPU 更快地提高速度的原因之一，因为更专注于某些功能。有趣的是，看看 iPhone 8 和 iPhone X 上的 A11 芯片，它有 43 亿个晶体管。不过，麒麟 970 于 2017 年在 IFA 推出时，号称拥有 55 亿个晶体管，以支持人工智能功能。
5. 登纳德缩放比例定律
登纳德缩放比例定律（Dennard scaling）又被称为 MOSFET scaling，是另一个类似的摩尔定律。它指出，当晶体管变小时，它们的功率密度保持不变。这意味着功率使用应与区域关联，而与开关的数量无关。我们不仅要在「成本效益最佳」的情况下，每年看到晶体管的数量翻倍，而且这些晶体管应该使用更少的功率，同时不会产生更多热量。
为了让摩尔定律继续对美国智能手机消费者和制造商有用，登纳德缩放比例定律也需要成立。直到 2000 年，这个目标才终于实现。登纳德缩放比例定律在每个较低的节点上不再适用，这意味着无法确保这些密集的芯片必然会导致功耗降低。这也证明，虽然晶体管的数量增加了 1 倍，但其性能却并未相应增强。
从技术上说，登纳德缩放比例定律已经被打破多年，而摩尔定律也不像以前那样适用。将科技视为「加倍」增强的趋势正变得越来越少，因为现实要复杂得多。不仅如此，摩尔定律也只被严格地限制在晶体管密度的范畴，这对设备性能不再属于完整的测量。许多人没有意识到的是，摩尔本人在 1995 年修改了他的定律，称晶体管的密度每两年翻一番。而且，这个定律总是被认为是「近似值」。
手机里的硬件还在快速改进，虽然还没有翻倍。这在一定程度上是因为 OEM 厂商在其他方面投入更多注意力和预算，部分原因是衡量性能远比计算晶体管的数量要复杂得多。无需觉得这个消息太糟糕！你的手机速度或内存可能没有提升两倍，但它肯定比之前的手机更强大。像移动 VR 和 4K 屏幕这样的新技术很可能会以更快的速度推动事物向前发展。
