?什么是摩爾定律？

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2023-07-30 08:53湖北活力創(chuàng)作者

關(guān)注

摩爾定律是由英特爾（Intel）創(chuàng)始人之一戈登·摩爾（Gordon Moore）提出來的。其內(nèi)容為：當(dāng)價(jià)格不變時(shí)，集成電路上可容納的晶體管數(shù)目，約每隔18-24個(gè)月便會(huì)增加一倍，性能也將提升一倍。換言之，每一美元所能買到的電腦性能，將每隔18-24個(gè)月翻兩倍以上。

這一定律揭示了信息技術(shù)進(jìn)步的速度。盡管這種趨勢(shì)已經(jīng)持續(xù)了超過半個(gè)世紀(jì)，摩爾定律仍應(yīng)該被認(rèn)為是觀測(cè)或推測(cè)，而不是一個(gè)物理或自然法。預(yù)計(jì)定律將持續(xù)到至少2015年或2020年。

一，摩爾定律的發(fā)展歷程

摩爾定律最早是在1965年4月19日，《電子學(xué)》雜志第114頁發(fā)表了摩爾（時(shí)任仙童半導(dǎo)體公司工程師）撰寫的文章〈讓集成電路填滿更多的元件〉，文中預(yù)言半導(dǎo)體芯片上集成的晶體管和電阻數(shù)量將每年增加一倍。

1975年，摩爾在IEEE國際電子元件大會(huì)上提交了一篇論文，根據(jù)當(dāng)時(shí)的實(shí)際情況對(duì)摩爾定律進(jìn)行了修正，把“每年增加一倍”改為“每兩年增加一倍”，而現(xiàn)在普遍流行的說法是“每18個(gè)月增加一倍”。但1997年9月，摩爾在接受一次采訪時(shí)聲明，他從來沒有說過“每18個(gè)月增加一倍”，而且SEMATECH路線圖跟隨24個(gè)月的周期。

隨著元件尺寸越來越接近物理極限，研發(fā)新一代的工藝節(jié)點(diǎn)時(shí)，僅縮小元件尺寸是不夠的。多家研究機(jī)構(gòu)和半導(dǎo)體公司都在試圖改善晶體管結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，以盡可能地延續(xù)摩爾定律。高介電常數(shù)（high-k）閘極介電層（gate dielectric）的出現(xiàn)使得閘極對(duì)電流的控制更有效，從45nm節(jié)點(diǎn)開始被采用。 多閘極晶體管將閘極對(duì)電流的控制從溝道的一個(gè)表面增加到了三個(gè)表面，從22nm節(jié)點(diǎn)開始被采用。

二，摩爾定律的未來展望

為了讓摩爾定律延續(xù)到更小的元件尺度，學(xué)術(shù)界和工業(yè)界在不同的材料、元件結(jié)構(gòu)和工作原理方面的探索一直在進(jìn)行中。探索的問題之一是晶體管的閘極設(shè)計(jì)。隨著元件尺寸越來越小，能否有效地控制晶體管中的電流變得越來越重要。相比于三面都有閘極的多閘極晶體管，納米線晶體管將閘極四面圍住，從而進(jìn)一步改善了閘極對(duì)電流的控制。

關(guān)于摩爾定律的終點(diǎn)究竟還有多遠(yuǎn)，看法并不一致。有預(yù)測(cè)認(rèn)為摩爾定律的極限將在2025年左右到來，但也有更樂觀的預(yù)測(cè)認(rèn)為還能持續(xù)更久。而作為悲觀者提供的實(shí)例，AMD EPYC CPU 64C 128T (ES)已不符合摩爾定律 。

三，摩爾定律的意義和影響

摩爾定律是簡單評(píng)估半導(dǎo)體技術(shù)進(jìn)展的經(jīng)驗(yàn)法則，其重要的意義在于大抵而言，若在相同面積的晶圓下生產(chǎn)同樣規(guī)格的IC，隨著制程技術(shù)的進(jìn)步，每隔一年半，IC產(chǎn)出量就可增加一倍，換算為成本，即每隔一年半成本可降低五成，平均每年成本可降低三成多。就摩爾定律延伸，IC技術(shù)每隔一年半推進(jìn)一個(gè)世代。

由于集成度越高，晶體管的價(jià)格越便宜，這樣也就引出了摩爾定律的經(jīng)濟(jì)學(xué)效益，在20世紀(jì)60年代初，一個(gè)晶體管要10美元左右，但隨著晶體管越來越小，小到一根頭發(fā)絲上可以放1000個(gè)晶體管時(shí)，每個(gè)晶體管的價(jià)格只有千分之一美分。據(jù)有關(guān)統(tǒng)計(jì)，按運(yùn)算10萬次乘法的價(jià)格算，IBM704電腦為85美分，IBM709降到17美分，而60年代中期IBM耗資50億研制的IBM360系統(tǒng)電腦已變?yōu)?0美分。

摩爾定律不僅反映了半導(dǎo)體行業(yè)的發(fā)展規(guī)律，也推動(dòng)了整個(gè)信息技術(shù)領(lǐng)域的創(chuàng)新和變革。個(gè)人電腦、因特網(wǎng)、智能手機(jī)等技術(shù)改善和創(chuàng)新都離不開摩爾定律的延續(xù)。摩爾定律也影響了其他領(lǐng)域的發(fā)展，比如生物技術(shù)、納米技術(shù)、量子計(jì)算等。

摩爾定律不僅是一個(gè)技術(shù)上的挑戰(zhàn)和目標(biāo)，也是一個(gè)經(jīng)濟(jì)上和社會(huì)上的驅(qū)動(dòng)力和變革因素。雖然摩爾定律面臨著種種物理和工程上的限制和困難，但它仍然在不斷地延續(xù)和創(chuàng)新中。

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賽腦先森

這是我的觀點(diǎn)

07-31 09:13

遼寧

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自由的靈魂的空間

一個(gè)時(shí)代結(jié)束了

07-31 09:16

四川

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玉馬無價(jià)

我覺得這就是一個(gè)理論

07-31 09:16

湖南