摩尔定理

摩尔在1965年文章中指出，晶片中的电晶体和电阻器的数量每年会翻番，原因是工程师可以不断缩小电晶体的体积。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，电晶体的数量将翻番。这篇文章发表的时候，晶片上的元件大约只有60种，而现在，英特尔最新的Itanium晶片上有17亿个硅电晶体。

基本 介绍

中文名：摩尔定理人物：摩尔指出时间：1965年原因：工程师可以不断缩小电晶体的体积

人物介绍

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誌是 1965 年 4 月 19 日出版的《电子学》，该期杂誌发表了摩尔的一篇文章。摩尔在文中预测，半导体晶片上集成的电晶体和电阻数量将每年翻一番。1975年他又提出修正说，晶片上集成的电晶体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。目前摩尔定律在晶片製造业已经经过证实。并有说法经过新的改良的晶片製造技术，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》杂誌上发表文章预言，半导体晶片上集成的电晶体和电阻数量将每年翻一番。1975年他又提出修正说，晶片上集成的电晶体数量将每两年翻一番。

当时，积体电路问世才6年。摩尔的实验室也只能将50只电晶体和电阻集成在一个晶片上。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晶片集成的速度“已经到顶”。但事实证明，摩尔的预言是準确的。儘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。目前最先进的积体电路已含有17亿个电晶体。

“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，网际网路将全世界联繫起来，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晶片。如果按照旧有方式将电晶体、电阻和电容分别安装在电路板上，那幺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製造等新科技更不可能问世。

“摩尔定律”还带动了晶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年来半导体晶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。但随着电晶体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。

什幺叫摩尔定理

儘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，电晶体的数量每18个月翻番。实际上，晶片的性能每隔18个月翻番一次。摩尔强调说，他从来没有说过18个月。

摩尔定律不适合于硬碟驱动器的容量或者其它设备之上。摩尔开玩笑的说："摩尔定律已经被套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？

电晶体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，晶片设计师的主要任务便是缩小电晶体的大小，然后让晶片能够容纳越多的电晶体。电晶体的增加可以让设计师为晶片添加更多的功能，比如3d 显示卡，从而节约成本。

电晶体的增加也能够让设计师将精力放在依靠晶片的总体性能上。由于新旧晶片的体积一一样，因此新款晶片的成本与旧款晶片一样。

另外，小的电晶体意味着电子不需要传得过远，从而提升了晶片的性能。

为什幺是硅

这是一个材料科学上奇蹟。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)，儘管收缩，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，儘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，电晶体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，製造商们才开始转向混合晶片(hybrid chips)，比如结合了传统电晶体元素与新出现材料，比如纳米线的晶片。到 2020年，新型晶片才会完全投入使用。

从理论的角度讲，硅电晶体还能够继续缩小，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，由于控制电流的电晶体门(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，电晶体会失去可靠性，原因是电晶体会由此无法控制电子的进出，从而无法製造出1和0齣来。

(注：纳米是衡量晶片的体积单位。一纳米是一米的十亿分之一。目前的晶片一般使用10纳米工艺製造。)

如果失效会怎样？

很难讲。如果替代电晶体的材料永远找不到，摩尔定律便会失效。如果替代材料出现了，那幺类似摩尔定律的规律将仍然出现。

最好的替代材料是什幺？

天知道？碳纳米管，硅纳米线电晶体，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。

儘管硅有局限性，但製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，硅技术仍然是製造複杂微结构及材料的基本方法。"

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"这部电影里面的麦可道格拉斯拿的手机象一块砖，而现在，电晶体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，价格更加便宜的晶片让软体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，在电子学杂誌的，摩尔还预测了"奥弗辛斯基效应套用电子标準记忆体"(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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