摩尔定理
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。
“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
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。
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。
为什幺是硅
摩尔定律现在失效了吗?
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?
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。"
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