摩爾定律

摩爾公司美國(guó)的法律是由英特爾制定的（Intel）創(chuàng)始人之一戈登·摩爾（戈登 摩爾）提出來(lái)的。其內(nèi)容為：當(dāng)價(jià)格不變時(shí)，一個(gè)集成電路上可以容納的元件數(shù)量大約是每18個(gè)-24個(gè)月翻倍，性能翻倍。換句話說(shuō)，每一美元可以買到計(jì)算機(jī)性能，每18-24個(gè)月內(nèi)翻了一倍多。這個(gè)規(guī)律揭示了信息技術(shù)進(jìn)步的速度。

摩爾定律

盡管這種趨勢(shì)已經(jīng)持續(xù)了半個(gè)多世紀(jì)，摩爾 s定律仍應(yīng)被視為觀察或推測(cè)，而不是物理或自然規(guī)律。據(jù)預(yù)測(cè)，該法律將至少持續(xù)到2015年或2020年。然而，2010年國(guó)際半導(dǎo)體技術(shù)發(fā)展路線圖的更新增長(zhǎng)在2013年底有所放緩，預(yù)計(jì)晶體管數(shù)量密度在隨后的時(shí)期內(nèi)只能每三年翻一番。

1965年4月19日，《電子學(xué)》雜志（電子 雜志）第114頁(yè)刊登了摩爾（當(dāng)時(shí)他是飛兆半導(dǎo)體公司的工程師）撰寫的文章〈用更多的元件填充集成電路〉據(jù)預(yù)測(cè)，集成在半導(dǎo)體芯片上的晶體管和電阻的數(shù)量每年將翻一番。

1975年，Moore在IEEE電子元件國(guó)際會(huì)議上提交了一篇論文，對(duì)Moore ■法律根據(jù)當(dāng)時(shí)的實(shí)際情況“每年增加一倍”改為“每?jī)赡暝黾右槐丁保餍械恼f(shuō)法是“每18個(gè)月翻一番”但是在1997年9月，摩爾在一次采訪中聲明他從未說(shuō)過(guò)“每18個(gè)月翻一番”SEMATECH路線圖遵循24個(gè)月的周期。

一般來(lái)說(shuō)，如果在相同面積的晶圓下生產(chǎn)相同規(guī)格的IC，隨著工藝技術(shù)的進(jìn)步，IC的產(chǎn)量可以每一年半翻一番，也就是說(shuō)每一年半可以降低50的成本，平均每年可以降低30以上。至于摩爾 就美國(guó)的法律而言，集成電路技術(shù)每一年半就被提升一次。

摩爾公司s定律是評(píng)價(jià)半導(dǎo)體技術(shù)進(jìn)步的簡(jiǎn)單經(jīng)驗(yàn)法則其重要意義在于，從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，IC制造技術(shù)是直線推進(jìn)的，使IC產(chǎn)品不斷降低成本，提高性能，增加功能。

1998年，TSMC董事長(zhǎng)張忠謀說(shuō)，摩爾 美國(guó)的法律在過(guò)去30年相當(dāng)有效，在未來(lái)10到15年應(yīng)該仍然適用。但是最近的一項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)，“摩爾定律”新世紀(jì)的時(shí)代就要結(jié)束了，因?yàn)檠芯亢蛯?shí)驗(yàn)室的成本很高，很少有企業(yè)有財(cái)力投入芯片工廠的建立和維護(hù)。而且工藝越來(lái)越接近半導(dǎo)體的物理極限，再縮小就難了。

由于高純硅的獨(dú)特性，集成度越高，晶體管就越便宜，這就產(chǎn)生了摩爾 的法律20世紀(jì)60年代初，一個(gè)晶體管的價(jià)格約為10美元，但隨著晶體管越來(lái)越小，當(dāng)小到一根頭發(fā)上可以裝下1000個(gè)晶體管時(shí)，每個(gè)晶體管的價(jià)格僅為千分之一美分。據(jù)相關(guān)統(tǒng)計(jì)，按照10萬(wàn)次乘法的價(jià)格，IBM704電腦85美分，IBM709電腦降為17美分60年代中期，IBM花50億開(kāi)發(fā)的IBM360系統(tǒng)計(jì)算機(jī)已經(jīng)變成了3.0美分。摩爾的定義 s定律可以歸納為以下三個(gè)版本：

集成電路芯片上的集成電路數(shù)量每18個(gè)月翻一番。

微處理器的性能每18個(gè)月翻一番，或者價(jià)格下降一半。

一美元能買到的電腦性能每18個(gè)月翻一番。

以上說(shuō)法中，第一種最常見(jiàn)，第二種是、三種說(shuō)法都涉及價(jià)格因素，本質(zhì)是一樣的。雖然這三個(gè)論點(diǎn)各有千秋，但它們有一個(gè)共同點(diǎn)，即“翻倍”周期18個(gè)月，翻倍的集成在集成電路芯片上“電路的數(shù)目”，是整個(gè)“計(jì)算機(jī)的性能”，還是“一塊錢可以買到業(yè)績(jī)”就見(jiàn)仁見(jiàn)智了。

早在1959年，美國(guó)著名半導(dǎo)體制造商Fairchild首先推出了平面晶體管，隨后在1961年推出了平面集成電路。這種平面制造工藝基于所謂的平面硅晶片“光刻”形成半導(dǎo)體電路元件如二極管的技術(shù)、三極管、電阻和電容等。

只要“光刻”隨著精度的不斷提高，元器件的密度也會(huì)相應(yīng)增加，具有很大的發(fā)展?jié)摿?。因此，平面過(guò)程被認(rèn)為是“整個(gè)半導(dǎo)體的工業(yè)結(jié)合”這也是Moore 的法律。

1965年，時(shí)任飛兆半導(dǎo)體公司研發(fā)實(shí)驗(yàn)室主任的摩爾應(yīng)邀為《電子學(xué)》雜志35周年特刊撰寫觀察評(píng)論報(bào)告，題為：用更多的元件填充集成電路”當(dāng)摩爾開(kāi)始繪制數(shù)據(jù)時(shí)，他發(fā)現(xiàn)了一個(gè)驚人的趨勢(shì)：每個(gè)新芯片的容量大約是前一個(gè)芯片的兩倍，每個(gè)芯片的產(chǎn)量是前一個(gè)芯片的18倍-24個(gè)月內(nèi)。

如果這種趨勢(shì)持續(xù)下去，計(jì)算能力將相對(duì)于時(shí)間段呈指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)。摩爾公司的觀測(cè)數(shù)據(jù)是后來(lái)摩爾 它仍然異常準(zhǔn)確。

還發(fā)現(xiàn)這不僅適用于對(duì)存儲(chǔ)芯片的描述，也能準(zhǔn)確解釋處理器能力和磁盤驅(qū)動(dòng)器存儲(chǔ)能力的發(fā)展。這個(gè)規(guī)律已經(jīng)成為很多行業(yè)業(yè)績(jī)預(yù)測(cè)的基礎(chǔ)。在26年的時(shí)間里，芯片上的晶體管數(shù)量增加了3200多倍，從1971年推出的第一款4004中的2300個(gè)增加到奔騰II處理器中的750萬(wàn)個(gè)。

戈登·摩爾（戈登,摩爾,1929年-英特爾公司（Intel）的創(chuàng)始人之一。

1929年1月3日，戈登·摩爾出生在加利福尼亞州舊金山的佩斯卡迪諾。我父親沒(méi)有我不怎么上學(xué)17歲開(kāi)始養(yǎng)家糊口，做了小官我媽才中學(xué)畢業(yè)。高中畢業(yè)后，他進(jìn)入加州伯克利著名的化學(xué)專業(yè)，實(shí)現(xiàn)了他少年時(shí)的夢(mèng)想。

1950年，摩爾獲得了學(xué)士學(xué)位后來(lái)他繼續(xù)深造，獲得了博士學(xué)位他于1954年獲得物理化學(xué)博士學(xué)位。

1965年，有人提議“摩爾定律”

另一種說(shuō)法

摩爾公司美國(guó)的法律是基于戈登·摩爾（戈登 摩爾）但摩爾并不是第一個(gè)提出摩爾 美國(guó)法律，但加州理工學(xué)院的卡弗·米德（卡弗 蜂蜜酒）教授。

米德是第一個(gè)注意到摩爾 這是一個(gè)定律，即晶體管等產(chǎn)品產(chǎn)量的增加會(huì)導(dǎo)致價(jià)格下降。米德指出，如果給定價(jià)格下的計(jì)算機(jī)處理能力每?jī)赡攴环?，那么同期該價(jià)格下的計(jì)算機(jī)處理設(shè)備的價(jià)格將會(huì)降低一半。

廣義驗(yàn)證

1975年，在一個(gè)新的電荷前端器件存儲(chǔ)芯片中有近65，000個(gè)元素，這與Moore s在1965年的預(yù)測(cè)。根據(jù)英特爾公布的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，單個(gè)芯片上的晶體管數(shù)量從1971年的2300個(gè)增加到1997年

7在奔騰II處理器上.500萬(wàn)，26年增長(zhǎng)了3200倍。如果按“每?jī)赡攴环鳖A(yù)測(cè)26年應(yīng)該有13個(gè)倍增周期，每個(gè)周期后芯片上集成的元件數(shù)應(yīng)該增加2n倍（0≤n≤12）所以到了第13個(gè)周期，也就是26年后，組件數(shù)量已經(jīng)相當(dāng)接近實(shí)際增長(zhǎng)倍數(shù)3200倍了。

要素驗(yàn)證

還有個(gè)人電腦的人（即PC）基于的微處理器芯片三要素、半導(dǎo)體存儲(chǔ)器和系統(tǒng)軟件來(lái)檢查摩爾 的法律。

至于微處理器，從1979年的80868088到1982年的80286，1985年的80386，1989年的80486，1993年的奔騰，1996年的PentiumPro，1997年的PentiumII，功能越來(lái)越強(qiáng)，價(jià)格越來(lái)越低每次更新都是摩爾 的法律。同時(shí)PC的內(nèi)存容量從最早的480k擴(kuò)展到8M和16M，與Moore 的法律。

在系統(tǒng)軟件方面，由于存儲(chǔ)容量的限制，早期計(jì)算機(jī)的規(guī)模和功能都受到了極大的限制根據(jù)Moore 隨著美國(guó)定律的出現(xiàn)，系統(tǒng)軟件不再局限于狹小的空間，它所包含的程序代碼的行數(shù)也急劇增加：1975年Basic的源代碼只有4000行，20年后增長(zhǎng)到50萬(wàn)行左右。微軟 1982年的第一版包含27000行代碼，20年后增加到大約200萬(wàn)行。繪制其發(fā)展速度曲線后發(fā)現(xiàn)，軟件規(guī)模和復(fù)雜度的增長(zhǎng)速度甚至超過(guò)了Moore 的法律。系統(tǒng)軟件的發(fā)展反過(guò)來(lái)增加了對(duì)處理器和存儲(chǔ)芯片的需求，從而刺激了集成電路的更快發(fā)展。

摩爾公司定律不是數(shù)學(xué)、物理規(guī)律是對(duì)發(fā)展趨勢(shì)的分析和預(yù)測(cè)所以無(wú)論是用文字表達(dá)，還是定量計(jì)算，都要留有一定的余量。在這個(gè)意義上，摩爾 s的預(yù)測(cè)是準(zhǔn)確的，有價(jià)值的，所以會(huì)得到業(yè)內(nèi)人士的認(rèn)可，產(chǎn)生很大的反響。

修正

1975年，摩爾在國(guó)際電信聯(lián)盟IEEE的年度學(xué)術(shù)會(huì)議上提交了一篇論文，這篇論文是根據(jù)當(dāng)時(shí)的實(shí)際情況寫成的“密度每年一番”增長(zhǎng)率已被重新審查和修訂。據(jù)摩爾本人在1997年9月接受《科學(xué)的美國(guó)人》的編輯采訪時(shí)說(shuō)，是他把“每年翻一番”改為“每?jī)赡攴环逼鋵?shí)后來(lái)更準(zhǔn)確的時(shí)間是:18個(gè)月的平均值。

演化

摩爾第二定律：自從摩爾 s定律在30年前提出，集成電路芯片的性能確實(shí)有了很大的提高；另一方面，英特爾高管開(kāi)始注意到芯片工廠的成本也在相應(yīng)增加。1995年，英特爾董事會(huì)主席羅伯特·諾伊斯預(yù)見(jiàn)到摩爾 美國(guó)的法律會(huì)受到經(jīng)濟(jì)因素的制約。同年，摩爾在《經(jīng)濟(jì)學(xué)家》雜志上寫道：最讓我擔(dān)心的是成本的增加…這是另一條指數(shù)曲線”他的聲明被稱為摩爾 第二定律。

新摩爾定律：出現(xiàn)在中國(guó)IT專業(yè)媒體上“新摩爾定律”術(shù)語(yǔ) quot互聯(lián)網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)quot指的是中國(guó)互聯(lián)網(wǎng)主機(jī)和互聯(lián)網(wǎng)用戶數(shù)量的增長(zhǎng)速度，每六個(gè)月翻一番。專家預(yù)測(cè)，這一趨勢(shì)將在未來(lái)幾年內(nèi)持續(xù)。

摩爾定律”總結(jié)了信息技術(shù)進(jìn)步的速度。自摩爾 以來(lái)的40多年里美國(guó)定律被應(yīng)用，計(jì)算機(jī)從神秘和難以接近的龐然大物變成了大多數(shù)人不可或缺的工具，信息技術(shù)從實(shí)驗(yàn)室進(jìn)入了無(wú)數(shù)普通家庭，互聯(lián)網(wǎng)連接了整個(gè)世界，多媒體視聽(tīng)設(shè)備豐富了每個(gè)人 的生活。

摩爾定律”這對(duì)全世界來(lái)說(shuō)意義重大。在回顧半導(dǎo)體芯片產(chǎn)業(yè)40年來(lái)的進(jìn)步并展望其未來(lái)時(shí)，信息技術(shù)專家認(rèn)為，在未來(lái)，“摩爾定律”可能還會(huì)適用。但隨著晶體管電路逐漸接近性能極限，這一定律終將走到盡頭。40多年來(lái)，半導(dǎo)體芯片的集成化趨勢(shì)，正如摩爾所預(yù)言的那樣，推動(dòng)了整個(gè)信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，給千家萬(wàn)戶的生活帶來(lái)了改變。

摩爾公司美國(guó)法律公布40多年了，看到半導(dǎo)體芯片制造技術(shù)水平以令人眩暈的速度提高，人們并不感到驚訝。Intel的

微處理器芯片Pentium4的主頻達(dá)到了2GHz2011年，它推出了10億個(gè)晶體管、每秒能執(zhí)行1000億條指令的芯片。這種發(fā)展速度是否會(huì)無(wú)限延續(xù)，是人們思考的問(wèn)題。

從技術(shù)角度來(lái)說(shuō)，隨著硅片上電路密度的增加，其復(fù)雜度和出錯(cuò)率也將呈指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)，同時(shí)對(duì)芯片進(jìn)行全面徹底的測(cè)試幾乎是不可能的。一旦芯片上的線條寬度達(dá)到納米，（10^-9米）在數(shù)量級(jí)上，只相當(dāng)于幾個(gè)分子的大小在這種情況下，材料的物理學(xué)、化學(xué)性質(zhì)會(huì)發(fā)生質(zhì)的變化，使得使用當(dāng)前工藝的半導(dǎo)體器件無(wú)法正常工作，而Moore 美國(guó)的法律將會(huì)終結(jié)。

從經(jīng)濟(jì)學(xué)的角度來(lái)看，正如摩爾 s第二定律指出，20-3億美元建芯片廠，線規(guī)模已經(jīng)縮小到0.1微米會(huì)飆升到100億美元，比一個(gè)核電站的投資還多。越來(lái)越多的公司因無(wú)力承擔(dān)資金而退出了芯片行業(yè)。

物理學(xué)家加來(lái)道雄（稻夫 Kaku）他是紐約城市大學(xué)的理論物理學(xué)教授在2012年的一次采訪中，他說(shuō)摩爾 美國(guó)的法律在芯片行業(yè)47年后逐漸崩潰。這對(duì)計(jì)算機(jī)處理會(huì)有很大的影響。在未來(lái)十年左右，摩爾 s定律將會(huì)崩潰，計(jì)算能力僅僅依靠標(biāo)準(zhǔn)硅材料技術(shù)無(wú)法保持快速的指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)。

加來(lái)道雄說(shuō)摩爾的兩個(gè)主要原因 美國(guó)法律與政策故障是高溫和泄漏。這也是硅材料壽命終結(jié)的原因。加來(lái)道雄說(shuō)，這與摩爾 科學(xué)家的定律。科學(xué)家應(yīng)該能夠繼續(xù)挖掘硅元件的潛力，從而保持摩爾 在接下來(lái)的幾年里，美國(guó)的法律；但在3D芯片等技術(shù)耗盡潛力后，就會(huì)達(dá)到極限。

各個(gè)領(lǐng)域的科學(xué)家和行業(yè)分析師都預(yù)言了摩爾 的法律。然而，研究人員也建議摩爾 由于芯片結(jié)構(gòu)和元件的不斷改進(jìn)，s定律仍然有效。就連被稱作“基于摩爾 s定律”英特爾宣布，隨著納米線等新型晶體管和其他技術(shù)的采用逐漸取代傳統(tǒng)的半導(dǎo)體晶體管，它已經(jīng)進(jìn)入“大叔”級(jí)別的“摩爾定律”，將無(wú)法繼續(xù)引領(lǐng)電子設(shè)備發(fā)展的步伐。

基于摩爾 業(yè)內(nèi)人士提出“More-Than-Moore”簡(jiǎn)稱MTM，即“超越摩爾定律”，試圖保持摩爾 從更多的方面，從摩爾定律s定律“更多更快”，發(fā)展到MTM s“更好更全面”摩爾公司s定律是在邏輯和存儲(chǔ)器集成電路的發(fā)展中提出并得到驗(yàn)證的，而MTM適用于更多類型的集成電路，比如模擬、RF、圖像 傳感器、嵌入式 DRAM、嵌入式 閃存、MEMS、高 電壓等通過(guò)改變基本的晶體管結(jié)構(gòu)（SOI、FIN-FET），所有類型的電路都與技術(shù)和先進(jìn)的封裝兼容（晶圓級(jí)封裝、SiP、3D多芯片封裝）和其他技術(shù)，使得片上系統(tǒng)可以支持越來(lái)越多的功能，也可以降低芯片的成本、提高電路的等效集成度。

毫無(wú)疑問(wèn)，摩爾 美國(guó)的法律對(duì)整個(gè)世界都有深遠(yuǎn)的意義。然而，隨著晶體管電路逐漸接近性能極限，這一規(guī)則將走到盡頭。摩爾 s定律失效？專家對(duì)此看法不一。早在1995年，在芝加哥舉行的信息技術(shù)國(guó)際研討會(huì)上，美國(guó)科學(xué)家和工程師杰克·Kilby表示，5 nm處理器的出現(xiàn)可能會(huì)終結(jié)Moore 的法律。中國(guó)科學(xué)家未來(lái)學(xué)家周海中在研討會(huì)上預(yù)言，摩爾 由于納米技術(shù)的快速發(fā)展，美國(guó)的法律可能在30年后失效。2012年，日裔美國(guó)理論物理學(xué)家加來(lái)道雄在接受智庫(kù)網(wǎng)站采訪時(shí)說(shuō)，“在10年左右的時(shí)間里，我們將會(huì)看到摩爾 美國(guó)法律崩潰。不久前，摩爾自己也認(rèn)為這一規(guī)則將在2020年黯然失色。一些專家指出，即使摩爾 美國(guó)法律死亡，信息化的步伐不會(huì)放慢。

2012年10月28日，美國(guó)IBM研究所的科學(xué)家聲稱，新開(kāi)發(fā)的碳納米管芯片符合要求“摩爾定律”周期，根據(jù)摩爾 美國(guó)定律，計(jì)算機(jī)芯片的集成度每18個(gè)月翻一番，價(jià)格減半。傳統(tǒng)的晶體管由硅制成然而，從2011年開(kāi)始，硅晶體管已經(jīng)接近原子級(jí)別，達(dá)到了物理極限由于這種物質(zhì)的天然屬性，硅晶體管的運(yùn)行速度和性能很難有所突破。

IBM的研究人員在一個(gè)硅芯片上放置了超過(guò)10000個(gè)碳納米晶體管，碳納米晶體管的電子運(yùn)行速度比硅器件更快。它們也是晶體管最理想的結(jié)構(gòu)形式。這些優(yōu)異的性能將成為取代硅晶體管的理由，結(jié)合新的芯片設(shè)計(jì)架構(gòu)，未來(lái)微型芯片將實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)創(chuàng)新。

2013年，科學(xué)家應(yīng)用摩爾 他們的研究結(jié)果表明，有機(jī)生命的存在時(shí)間遠(yuǎn)遠(yuǎn)長(zhǎng)于地球本身。研究人員替換了摩爾公司的晶體管s定律用核苷酸——，生命的遺傳物質(zhì)的基礎(chǔ)，用遺傳物質(zhì)代替了電路進(jìn)行數(shù)學(xué)計(jì)算。計(jì)算結(jié)果顯示，生命最早出現(xiàn)在100億年前，比地球上預(yù)測(cè)的45億年年齡要老得多。研究人員表示，在太陽(yáng)系形成時(shí)，可能存在類似細(xì)菌的生物，或者在銀河系的古老區(qū)域存在一些簡(jiǎn)單的核苷酸，可能是通過(guò)彗星、小行星或其他太空垃圾來(lái)到地球。這個(gè)假設(shè)被稱為學(xué)生理論起源，又稱泛物種論。有科學(xué)家認(rèn)為，仍有生命以泛物種論的形式進(jìn)入地球。