摩尔定律失效了吗？

摩尔定律失效了吗？

定律介绍

到底什么是”摩尔定律’”?归纳起来,主要有以下三种”版本”：

1、集成电路芯片上所集成的电路的数目,每隔18个月就翻一番.

2、微处理器的性能每隔18个月提高一倍,而价格下降一倍.

3、用一个美元所能买到的电脑性能,每隔18个月翻两番

定律由来

摩尔定律”的”始作涌者”是戈顿·摩尔,大名鼎鼎的芯片制造厂商Intel公司的创始人之一.20世纪50年代末至用年代初半导体制造工业的高速发展,导致了”摩尔定律”的出台.

早在1959年,美国著名半导体厂商仙童公司首先推出了平面型晶体管,紧接着于1961年又推出了平面型集成电路.这种平面型制造工艺是在研磨得很平的硅片上,采用一种所谓”光刻”技术来形成半导体电路的元器件,如二极管、三极管、电阻和电容等.只要”光刻”的精度不断提高,元器件的密度也会相应提高,从而具有极大的发展潜力.因此平面工艺被认为是”整个半导体工业 键”,也是摩尔定律问世的技术基础.

1965年4月19日,时任仙童半导体公司研究开发实验室主任的摩尔应邀为《电子学》杂志35周年专刊写了一篇观察评论报告,题目是：”让集成电路填满更多的元件”.摩尔应这家杂志的要求对未来十年间半导体元件工业的发展趋势作出预言.据他推算,到1975年,在面积仅为四分之一平方英寸的单块硅芯片上,将有可能密集65000个元件.他是根据器件的复杂性（电路密度提高而价格降低）和时间之间的线性关系作出这一推断的,他的原话是这样说的：”最低元件价格下的理杂性每年大约增加一倍.可以确信,短期内这一增长率会继续保持.即便不是有所加快的话.而在更长时期内的增长率应是略有波动,尽管役有充分的理由来证明,这一增长率至少在未来十年内几乎维持为一个常数.”这就是后来被人称为”摩尔定律”的最初原型.

可能失效的原因

尽管这种摩尔定律已经持续生效了超过半个世纪，但摩尔定律仍应该被认为是观测或推测，而不是一个物理或自然法。预计定律将持续到至少2015年或2020年[1] 。然而，2010年国际半导体技术发展路线图的更新增长已经放缓在2013年年底，之后的时间里晶体管数量密度预计只会每三年翻一番。

可见，事实上摩尔定律已经逐渐失去其应有的效应，那到底是什么导致了这一点的呢？我以为有以下的原因：

技术原因

1.用于芯片制造的光刻技术正面临压力。目前，14纳米芯片在制造时使用的是193纳米波长光。光的波长较长导致制造工艺更复杂，成本更高。波长13.5纳米的远紫外光被认为是未来的希望，但适用于芯片制造的远紫外光技术目前仍需要攻克工程难题。即使远紫外光技术得到应用，目前也不清楚，芯片集成度能有多大的提高。如果缩小至2纳米，那么单个晶体管将只有10个原子大小，而如此小的晶体管可靠性很可能存在问题

2.随着越来越小的硅电路里的电子移动越来越快，芯片开始变得过热。这是一个很严重的问题，处理器运行产生的热量很难消除，所以，芯片制造商选择了他们仅有的解决办法，加尔吉尼说，设备商不再追求绝对的计算次数，也就是处理器执行指令的速度。这样等于给芯片的电子运行速度加了上限，同时限制了产生的热量，2004年以来，这个运行速度的上限从没变过。

3.为了将芯片性能按照摩尔定律进行提升，制造商对芯片内部电路重新进行了设计，每个芯片不再仅有一个处理器（或“内核”），而是两个、四个甚至更多（现在的电脑和手机的芯片很多都是四核或者八核处理器）。总的来说，原本一个千兆赫的内核现在可以分为四个250兆赫的内核。不过，在现实中，要使用八个处理器，意味着一个问题需要被分成八个部分，很多算法很难甚至无法做到这一点，“如果有部分没被利用，等于你的处理速度升级还是受到了限制，” 加尔吉尼说。

经济原因

,正如上述摩尔第二定律所述,目前是20-30亿美元建一座芯片厂,线条尺寸缩小到0.1微米时将猛增至100亿美元,比一座核电站投资还大.由于花不起这笔钱,迫使越来越多的公司退出了芯片行业.看来摩尔定律要再维持下去,也决非易事.