词条 | 摩尔定理 |
释义 | 摩尔在1965年文章中指出,芯片中的晶体管和电阻器的数量每年会翻番,原因是工程师可以不断缩小晶体管的体积。这就意味着,半导体的性能与容量将以指数级增长,并且这种增长趋势将继续延续下去。1975年,摩尔又修正了摩尔定律,他认为,每隔24个月,晶体管的数量将翻番。 这篇文章发表的时候,芯片上的元件大约只有60种,而现在,英特尔最新的Itanium芯片上有17亿个硅晶体管。 摩尔简介摩尔定律40周年摩尔先生于 40 年前提出了摩尔定律。最早刊登摩尔定律的杂志是 1965 年 4 月 19 日 出版的《电子学》,该期杂志发表了摩尔的一篇文章。摩尔在文中预测,半导体芯片上集成的晶体管和电阻数量将每年翻一番。1975年他又提出修正说,芯片上集成的晶体管数量将每两年翻一番。当时摩尔还是仙童公司的电子工程师,而后于1968年共同创办英特尔,任副总裁,从此将intel的革命带入整个信息产业。 英特尔前任总裁Gordon Moore在1965年4月19日的《电子学》(Electronics)技术期刊上发表了摩尔定律。目前摩尔定律在芯片制造业已经经过证实。并有说法经过新的改良的芯片制造技术,摩尔定律还有望延续20年。 1965年4月,当时还是仙童公司电子工程师的摩尔在《电子学》杂志上发表文章预言,半导体芯片上集成的晶体管和电阻数量将每年翻一番。1975年他又提出修正说,芯片上集成的晶体管数量将每两年翻一番。 当时,集成电路问世才6年。摩尔的实验室也只能将50只晶体管和电阻集成在一个芯片上。摩尔当时的预测听起来好像是科幻小说;此后也不断有技术专家认为芯片集成的速度“已经到顶”。但事实证明,摩尔的预言是准确的。尽管这一技术进步的周期已经从最初预测的12个月延长到如今的近18个月,但“摩尔定律”依然有效。目前最先进的集成电路已含有17亿个晶体管。 “摩尔定律”归纳了信息技术进步的速度。这40年里,计算机从神秘不可近的庞然大物变成多数人都不可或缺的工具,信息技术由实验室进入无数个普通家庭,因特网将全世界联系起来,多媒体视听设备丰富着每个人的生活。 这一切背后的动力都是半导体芯片。如果按照旧有方式将晶体管、电阻和电容分别安装在电路板上,那么不仅个人电脑和移动通信不会出现,基因组研究到计算机辅助设计和制造等新科技更不可能问世。 “摩尔定律”还带动了芯片产业白热化的竞争。在纪念这一定律发表40周年之时,作为英特尔公司名誉主席的摩尔说:“如果你期望在半导体行业处于领先地位,你无法承担落后于摩尔定律的后果。”从昔日的仙童公司到今天的英特尔、摩托罗拉、先进微设备公司等,半导体产业围绕“摩尔定律”的竞争像大浪淘沙一样激烈。 毫无疑问,“摩尔定律”对整个世界意义深远。在回顾40年来半导体芯片业的进展并展望其未来时,信息技术专家们说,在今后几年里,“摩尔定律”可能还会适用。但随着晶体管电路逐渐接近性能极限,这一定律终将走到尽头。“摩尔定律”何时失效?专家们对此众说纷纭。 什么叫摩尔定理尽管这一定律后来成为里程碑似的东西,但这篇文章当时并没有放在首要位置,文章所在的页码是114页。 摩尔最近说:"当时,你不会想把这种东西放入你的档案中的,我当时没有想到它会如此的精确。" 加州理工学院的教授Carver Mead也参与了摩尔定律的提出。摩尔表示,20年来,他对人们称他为摩尔定律创始人的做法受之有愧。英特尔的前官员David House曾经推断说,晶体管的数量每18个月翻番。实际上,芯片的性能每隔18个月翻番一次。摩尔强调说,他从;从来没有说过18个月。 摩尔定律不适合于硬盘驱动器的容量或者其它设备之上。摩尔开玩笑的说:"摩尔定律已经被应用于任何呈现指数级增长的东西上面,我很高兴因此而获得好评。" 翻番有何用途? 晶体管数量翻倍带来的好处可以总结为:更快,更小,更便宜。根据摩尔定律,芯片设计师的主要任务便是缩小晶体管的大小,然后让芯片能够容纳越多的晶体管。晶体管的增加可以让设计师为芯片添加更多的功能,比如3D显卡,从而节约成本。 晶体管的增加也能够让设计师将精力放在依靠芯片的总体性能上。由于新旧芯片的体积一一样,因此新款芯片的成本与旧款芯片一样。 另外,小的晶体管意味着电子不需要传得过远,从而提升了芯片的性能。 为什么是硅?这是一个材料科学上奇迹。硅是是一种很好的半导体(它能够导电,但同时也可以控制的方式进行的),尽管收缩,硅的晶体结构仍然能保持完整。 摩尔定律现在失效了吗? 没有,尽管很多分析师与企业的官员已经放言摩尔定律将过时,但它可能仍然发挥作用。 一些人,比如惠普实验室的 Stan Williams与Phil Kuekes认为,到2010年,晶体管的收缩将成为一个问题。因此,厂商需要找到新的替代材料,比如惠普的"交叉开关"(crossbar switches)。 另外一些人,比如英特尔的科技战略部主任 Paolo Gargini则宣称,到2015年,制造商们才开始转向混合芯片(hybrid chips),比如结合了传统晶体管元素与新出现材料,比如纳米线的芯片。到 2020年,新型芯片才会完全投入使用。 从理论的角度讲,硅晶体管还能够继续缩小,直到4纳米级别生产工艺出现为止,时间可能在2023年左右。到那个时候,由于控制电流的晶体管门(transistor gate) 以及氧化栅极(gate oxide)距离将非常贴近,因此,将发生电子漂移现象(electrons drift)。如果发生这种情况,晶体管会失去可靠性,原因是晶体管会由此无法控制电子的进出,从而无法制造出1和0出来。 (注:纳米是衡量芯片的体积单位。一纳米是一米的十亿分之一。目前的芯片一般使用90纳米工艺制造。) 如果失效会怎样? 很难讲。如果替代晶体管的材料永远找不到,摩尔定律便会失效。如果替代材料出现了,那么类似摩尔定律的规律将仍然出现。 最好的替代材料是什么? 天知道?碳纳米管,硅纳米线晶体管,分子开关(molecular crossbars),相态变化材料( phase change materials),自旋电子(spintronics)目前都处于试验阶段。 尽管硅有局限性,但制造商与设计师们仍然喜欢这种材料。硅将继续出现在某些设备当中。 摩尔表示:"我认为,硅技术仍然是制造复杂微结构及材料的基本方法。" 摩尔定律的影响摩尔定律如何影响实际产品?摩尔定律让生产找到了提升其产品性能的途径。18年前,"华尔街"这部电影里面的麦克尔道格拉斯拿的手机象一块砖,而现在,晶体管数量的增加让多功能手机得以出现,电视,7百万象素照相机,MP3 音乐播放器都能够融于小小的一只手机当中。 功能更加强大,价格更加便宜的芯片让软件开发商们得以开发出既时通讯,3D游戏以及网页浏览器这样的东西。 摩尔还做了哪些别的预测?摩尔还是预测过家用电脑以及电子表。 上个世纪70年代初,在电子学杂志的,摩尔还预测了"奥弗辛斯基效应应用电子标准内存"(Ovonics Unified Memory)。 并不是摩尔说的每样东西都变为了现实。他曾经预测说,现在的晶圆(wafers)直径会达到56英寸,现在的晶圆直径已经突破了12英寸。 |
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