摩爾定律概述

摩爾定律是由英特爾（Intel）創(chuàng)始人之一戈登·摩爾（GordonMoore）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元器件的數(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)月翻一倍以上。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)為是觀測或推測，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。然而，2010年國際半導(dǎo)體技術(shù)發(fā)展路線圖的更新增長已經(jīng)放緩在2013年年底，之后的時(shí)間里晶體管數(shù)量密度預(yù)計(jì)只會(huì)每三年翻一番。

摩爾定律算定律嗎

摩爾定律是歪歪出來的，不是一個(gè)科學(xué)上的嚴(yán)格定律。更多是和云計(jì)算等，半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)為了自己發(fā)展忽悠出來的。

“摩爾定律”：集成電路會(huì)在每18個(gè)月內(nèi)提升一倍的集成度。這句話其實(shí)是摩爾在吃火雞時(shí)隨口說的一句玩笑話，沒想到被米德吹噓后，竟成為金科玉律。

米德吹捧摩爾定律，自有他的如意算盤，一是因?yàn)樗湍柺羌又堇砉さ膸熜值荑F哥們，二是因?yàn)楫?dāng)時(shí)的Intel已是大公司，米德得從Intel套取科研經(jīng)費(fèi)。摩爾嘛，估計(jì)心里正美著呢，沒想到自己因?yàn)橄敕ㄗ尤绾瓮痣u里塞更多的佐料，竟然還想成了個(gè)定律！說起米德，他之所以能名垂青史，則一定要感謝“***”里的“糠”了。

摩爾定律的由來詳解

“摩爾定律”的“始作涌者”是戈頓摩爾，大名鼎鼎的芯片制造廠商 Intel 公司的創(chuàng)始人之一.20 世紀(jì) 50 年代 末至用年代初半導(dǎo)體制造工業(yè)的高速發(fā)展，導(dǎo)致了“摩爾定律”的出臺(tái)。

早在 1959 年，美國著名半導(dǎo)體廠商仙童公司首先推出了平面型晶體管，緊接著于 1961 年又推出了平面型 集成電路。這種平面型制造工藝是在研磨得很平的硅片上，采用一種所謂“光刻”技術(shù)來形成半導(dǎo)體電路的 元器件，如二極管，三極管，電阻和電容等。只要“光刻”的精度不斷提高，元器件的密度也會(huì)相應(yīng)提高， 從而具有極大的發(fā)展?jié)摿ΑＲ虼似矫婀に嚤徽J(rèn)為是“整個(gè)半導(dǎo)體工業(yè)鍵”，也是摩爾定律問世的技術(shù)基礎(chǔ)。

1965 年 4 月 19 日，時(shí)任仙童半導(dǎo)體公司研究開發(fā)實(shí)驗(yàn)室主任的摩爾應(yīng)邀為《電子學(xué)》雜志 35 周年?？?寫了一篇觀察評(píng)論報(bào)告，題目是：“讓集成電路填滿更多的元件”。摩爾應(yīng)這家雜志的要求對(duì)未來十年間半 導(dǎo)體元件工業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)作出預(yù)言。據(jù)他推算，到 1975 年，在面積僅為四分之一平方英寸的單塊硅芯片 上，將有可能密集 65000 個(gè)元件。他是根據(jù)器件的復(fù)雜性（電路密度提高而價(jià)格降低）和時(shí)間之間的線性 關(guān)系作出這一推斷的，他的原話是這樣說的：“最低元件價(jià)格下的理雜性每年大約增加一倍。

可以確信，短期內(nèi)這一增長率會(huì)繼續(xù)保持。即便不是有所加快的話。而在更長時(shí)期內(nèi)的增長率應(yīng)是略有波動(dòng)，盡管役有 充分的理由來證明，這一增長率至少在未來十年內(nèi)幾乎維持為一個(gè)常數(shù)?！边@就是后來被人稱為“摩爾定律” 的最初原型。

摩爾定律演化

摩爾定律的響亮名聲，令許多人競相仿效它的表達(dá)方式，從而派生、繁衍出多種版本的“摩爾定律”，其中如：

摩爾第二定律：摩爾定律提出30年來，集成電路芯片的性能的確得到了大幅度的提高；但另一方面，Intel高層人士開始注意到芯片生產(chǎn)廠的成本也在相應(yīng)提高。1995年，Intel董事會(huì)***羅伯特·諾伊斯預(yù)見到摩爾定律將受到經(jīng)濟(jì)因素的制約。同年，摩爾在《***》雜志上撰文寫道：“現(xiàn)在令我感到最為擔(dān)心的是成本的增加，…這是另一條指數(shù)曲線”他的這一說法被人稱為摩爾第二定律。

新摩爾定律：近年來，國內(nèi)IT專業(yè)媒體上又出現(xiàn)了“新摩爾定律” 的提法，則指的是我國Internet聯(lián)網(wǎng)主機(jī)數(shù)和上網(wǎng)用戶人數(shù)的遞增速度，大約每半年就翻一番！而且專家們預(yù)言，這一趨勢(shì)在未來若干年內(nèi)仍將保持下去。

摩爾定律的時(shí)效探討

在 40 年來，我們可以看到由于摩爾定律的實(shí)現(xiàn)，使我們能以極低的價(jià)格獲得非常高性能的產(chǎn)品。比 如說在 1971 年，英特爾第一代微處理器有 2300 個(gè)晶體管，到 2007 年我們 45 納米處理器含有 8 億多個(gè)晶 體管。這僅相當(dāng)于 1968 年每個(gè)晶體管價(jià)格的百萬分之一，就是因?yàn)槟柖梢詷O低的價(jià)格帶來極高性能的 產(chǎn)品才刺激了整個(gè)電子工業(yè)的發(fā)展，才有今天我們討論的為什么 IP 地址不夠的問題。

同時(shí)，摩爾定律整個(gè)改變了 IT 界和通信界的格局。比如講我們都知道在通信領(lǐng)域有華為、中興這樣 率先崛起的中國的企業(yè)。他們?cè)谕ㄐ蓬I(lǐng)域里是具有舉足輕重的地位。為什么華為和中興能夠在通訊領(lǐng)域崛 起？而我們沒有看到同樣的企業(yè)，比如說在汽車工業(yè)里面出現(xiàn)。我覺得很大的原因是因?yàn)槟柖伤淖?了通訊領(lǐng)域在硬件成本方面的門檻，使得在今天不需要很多的資金成本，不需要很復(fù)雜的努力，是個(gè)人就 可以做個(gè)交換機(jī)，是個(gè)人都可以做一部手機(jī)，做得好與不好是另外的事。這種情況在沒有摩爾定律的時(shí)候 是很難想象的。

幾十年之前的時(shí)候，世界上只有少數(shù) 幾個(gè)廠家是可以做一臺(tái)交換機(jī)的。今天遠(yuǎn)遠(yuǎn)不是這樣的格局。這很大的原因是因?yàn)槟柖桑瑩Q句話說， 今天的汽車行業(yè)里還沒有一個(gè)像華為、中心這樣的產(chǎn)業(yè)出現(xiàn)，是不是可以歸結(jié)為在汽車行業(yè)里沒有類似于 摩爾定律的定律。在 40 年當(dāng)中不斷有人在問，我們需要那么多的計(jì)算能力嗎？摩爾定律還能走多遠(yuǎn)呢？ 我們生活在數(shù)字化的世界，一個(gè) MP3 的文件大小月為 3MB 相當(dāng)于 2400 萬個(gè) 0 和 1。我們看到在目 前為止，我們沒有看到人類對(duì)于計(jì)算能力的渴求得到滿足，這是全球人新增的計(jì)算能力到了 2602MIPS/p， 有人懷疑我們的計(jì)算能力的話，可以看看打開筆記本和關(guān)閉筆記本要花費(fèi)多少的時(shí)間才能真正打開、關(guān)閉 就能知道具體的答案。

還有，我們認(rèn)為未來的互聯(lián)網(wǎng)將是嵌入式的互聯(lián)網(wǎng)。最開始的時(shí)候是人機(jī)對(duì)話，可以說地址是以人 為人口單位的。今后不斷地發(fā)展，由于摩爾定律的不斷應(yīng)用，大量的對(duì)話像我們知道的不再是需要人的對(duì) 話了，這才有我們今天討論的 IP 地址不夠用的問題。

我們認(rèn)為在將來，可能會(huì)有 150 億個(gè)互聯(lián)網(wǎng)的設(shè)備需要在和網(wǎng)絡(luò)上連接。從這里來看，更多的設(shè)備 意味著有更多的晶體管。到 2004 年來講，全球人均擁有晶體管的數(shù)量已經(jīng)達(dá)到了 5 千億個(gè)晶體管人均。所 以，我們認(rèn)為高的計(jì)算量的需求遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒有達(dá)到極限。

同時(shí)，我們也認(rèn)識(shí)到并不是在每一個(gè)場合都需要這么高的計(jì)算量。但在我們追求摩爾定律的時(shí)候發(fā) 現(xiàn)，當(dāng)我們不斷縮小集成電路晶體管體積的時(shí)候，我們還發(fā)現(xiàn)帶來了其它的新的很好的性能。比如說在 20 05 年的時(shí)候，我們把集成電路用 65 納米縮小到 45 納米到 2007 年的時(shí)候，我們發(fā)現(xiàn)不僅僅是晶體管的密 度提高了兩倍，切換速度提高了 20%以上，切換的功能降低了 30%以上，源極漏極漏電功能降低 5 倍以上， 這才使移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)成為了可能。

摩爾定律不會(huì)過時(shí)，摩爾定律還能走多遠(yuǎn)呢？這個(gè)問題在過去的 40 年來不斷地被人問到。比如說我 們做到 130 納米的時(shí)候，當(dāng)時(shí)的觀點(diǎn)是認(rèn)為 90 納米是極限了，當(dāng)我們突破 90 納米做到 45 納米的時(shí)候，有 人講 45 納米是極限了，所有的預(yù)言被證明是不正確的。摩爾定律到底能走多遠(yuǎn)呢？

我們看到隨著晶體管尺寸的不斷縮小，傳統(tǒng)的技術(shù)帶來了極限。其中有一個(gè)漏電。當(dāng)晶體管的尺寸 不斷縮小的時(shí)候，我們發(fā)現(xiàn)源極和漏極之間的漏電現(xiàn)象很大。要克服這個(gè)現(xiàn)象，就是要有更有效的控制， 在多晶硅柵極方面有更多的控制，所以要求在柵極管厚度做得很好。這帶來了柵極漏電的問題，這是逐漸 縮小很大漏洞的瓶頸。

在英特爾來講，經(jīng)過我們不斷地努力、試驗(yàn)、創(chuàng)新，終于我們?cè)诓牧戏矫嫒〉昧撕艽蟮耐黄?。我?發(fā)現(xiàn)了可以采用高 K 介質(zhì)和金屬柵極來實(shí)現(xiàn)突破技術(shù)。用摩爾先生的話來講，是采用高-K 介質(zhì)和金屬柵極 材料，是上個(gè)世紀(jì)晶體管材料的重大突破，正因?yàn)橛辛诉@樣的重大突破，我們可以由 65 納米做到 45 納米 甚至更低。其他的廠家沒有掌握這樣的技術(shù)，從 65 做到 45 的時(shí)候，仍然是采用了演進(jìn)工藝，作為演進(jìn)性 質(zhì)的產(chǎn)品，而不是我們作為革命性質(zhì)的產(chǎn)品。

采用高 K 柵介質(zhì)的工藝至少使摩爾定律至少延長 10 年。在 2011 年的時(shí)候，我們采用原來的功率可 以做到 130 納米，2003 年的時(shí)候 90 納米，2005 年的時(shí)候做到 65 納米，采用高 K 介質(zhì)的話，我們 2007 年 可以做到 45 納米，今天可以做到 32 納米。

實(shí)際上摩爾定律的難度有多大，有的廠商說我可以做到 45 納米等等，在實(shí)驗(yàn)室集成晶圓上做到一個(gè) 是一回事，要做到很高的成品率又是另外一回事。在英特爾來講，這個(gè)曲線，曲線越低說明不良品率越來 越低，或者是成品率越來越高?？梢钥吹皆谟⑻貭杹碇v，我們 65 納米的不良頻率要低于 90 納米，而 45 不 良品率要低于 65 納米。這個(gè)曲線非常陡，英特爾在很短的時(shí)間里讓產(chǎn)品的不良率極大地降低。今天英特爾 的 45 納米已經(jīng)成熟，從 2009 年第四季度開始我們將進(jìn)入新一代 32 納米的工藝技術(shù)。

除了工藝的發(fā)展技術(shù)之外，在這里要有六項(xiàng)核心技術(shù)，其中包括半導(dǎo)體工藝技術(shù)、產(chǎn)品設(shè)計(jì)技術(shù)， 設(shè)計(jì)工具，制造流程、掩模技術(shù)和封裝技術(shù)。舉封裝技術(shù)，在一個(gè)小的米粒里面會(huì)出現(xiàn)上千個(gè)管腳，這怎 么封裝起來是核心技術(shù)。英特爾具有在所有六項(xiàng)技術(shù)里都有自己的核心競爭力，掌握了所有六項(xiàng)的關(guān)鍵技 術(shù)。

除此之外，英特爾作為創(chuàng)新者來講，是以超越自我為目標(biāo)的。剛才我講到了每兩年之中，我們的制 成技術(shù)會(huì)有突破到下一代。每兩年之間，我們會(huì)更新我們微體系的結(jié)構(gòu)，就像鐘擺模式。2006 年的時(shí)候， 我們?cè)?65 納米引進(jìn)微體系結(jié)構(gòu)。下一年我們?cè)谙嗤奈Ⅲw系結(jié)構(gòu)下會(huì)從 65 納米變成 45 納米，再過一年在 45 納米不變的情況下 2008 年我們引進(jìn) Nehalem 的結(jié)構(gòu)，在這樣的情況之下，我會(huì)把 45 納米變成 32 納米， 不停的創(chuàng)新與發(fā)展。

今年在全球金融風(fēng)暴、金融海嘯一遍簫條的時(shí)候，今年 2 月份英特爾宣布投資 70 億美金開工 32 納 米的晶圓廠。2 月份的時(shí)候，美國總統(tǒng)奧巴馬聽到消息之后，打電話到英特爾的總裁 P 的旅館，奧巴馬總 統(tǒng)對(duì)我們的 CEO 講，我就任以來，唯一聽到一個(gè)正面的消息。奧巴馬總統(tǒng)感謝英特爾在這個(gè)時(shí)候能夠?yàn)槲?來做出投資。具體來講，在左邊左上角的圖，我們?cè)?D1D 的工廠，現(xiàn)在已經(jīng)在生產(chǎn) 32 納米的設(shè)備。接下 來在 2009 年第四季度的時(shí)候，我們另外一個(gè)工廠也在俄勒岡州 D1C 升級(jí)到 32 納米。接下來在亞利桑那州 的 Fab 做 32 納米。接下來是在新墨西哥州 Fab 做 11X，我們最小會(huì)升級(jí)到 22 納米的工廠。所以我們?cè)诓?斷地創(chuàng)新。在技術(shù)創(chuàng)新的過程當(dāng)中，挑戰(zhàn)越來越難，資金的成本也越來越多，門檻也越來越高。目前為止 英特爾是世界上唯一一家開工做 32 納米的。

在 2009 年的時(shí)候，我們現(xiàn)在已經(jīng)完成了 32 納米的 開發(fā)工作。接下來又根據(jù)我們現(xiàn)在的技術(shù)，我們可以看得到的，我們?cè)?2011 年可以做到 22 納米。22 納米 就是跟病毒的尺寸是一樣的，然后繼續(xù)在 2013 年可做到 16 納米，2015 年可以做到 11 納米，這是什么概 念，在晶體管的大小，柵極的距離可以排列 50 個(gè)硅原子那么大，再往下做會(huì)遇到新的挑戰(zhàn)。目前為止我們 看到硅或者是場效應(yīng)管仍然是最好的電子邏輯設(shè)備。在 2010 年之后，我們需要探討的是如果硅已經(jīng)不足以 支持我們不斷地創(chuàng)新，不斷地往下走的話，會(huì)不會(huì)有其它的原材料來代替硅?；蛘呤亲罡镜膯栴}，我們 所做的一切，無非是 01 的兩個(gè)狀態(tài)，我們選擇了半導(dǎo)體來代表兩個(gè)狀態(tài)。比如說可以不可以用由其它的來 代表呢？所以這是我們不斷創(chuàng)新的里程。 可以看到摩爾定律是驅(qū)動(dòng)移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的源動(dòng)力，或者是催動(dòng) IPv6 的源動(dòng)力。 從英特爾來講過去 40 年是不斷創(chuàng)新的 40 年，是美好的 40 年，因?yàn)橛⑻貭栍薪裉?40 年的歷史。但 是過去的 40 年并不是最好的 40 年，因?yàn)閷?duì)于一個(gè)創(chuàng)新者來講，最好的 40 年永遠(yuǎn)是下一個(gè) 40 年。