IT產業中的摩爾定律
2024-09-12 20:30:24
供稿：網友
IT產業第一定律：摩爾定理
1965年4月，美國《Electronics（電子學）》雜志刊登了一篇并不起眼的文章，文章提出“當電路所包含的元件數目上升時，單位成本就會下降”的規律，并預言微處理器芯片的電路密度每隔一年將翻番。文章作者戈登·摩爾（Gordon E. Moore）當時任Fairchild半導體公司研發部主任。摩爾做夢也不會想到三年后，由他合作創辦的英特爾（Intel）公司會成為世界的頂級企業，而那則名不見經傳的預言也逐步演化為一則業界公認的定律，領跑全球計算機業發展四十年。
從概念到理論
1929年，戈登·摩爾出生于美國的一個臨海小鎮。出于對化學的喜愛，踏上求學之路后摩爾一口氣拿下了物理化學博士學位。1956年，摩爾進入肖克利實驗室，開始了向計算機領域的轉型。摩爾性情沉著平靜，思路活躍敏捷，對于科研工作中遇到的難題他總能找到最有效的解決方案。
進入20世紀60年代，集成電路的發展剛剛邁出蹣跚的腳步。1965年的一天，摩爾無意中拿出尺子畫了張草圖，他突然發現，如果縱軸代表芯片的增長情況，橫軸為時間，那么畫出的曲線會延伸呈現很有規律的幾何增長。由此，摩爾做出一個大膽的預言：“當電路所包含的元件數目上升時，單位成本就會下降。到1975年，在單塊硅芯片上面會被塞進去6.5萬個元器件。”而在當時，同樣大小的一塊芯片只能容納60個元件。摩爾的發現發表在當年第35期《電子》雜志上，文章強調：工藝技術的進步使計算機性能保持幾何級數增長，這種增長非常有規律，微處理器芯片的電路密度以及它潛在的計算能力每隔一年會翻番。
1971年，英特爾公司生產出第一個芯片4004，內含2300個晶體管，其后英特爾8080接踵而來，其內部集成晶體管個數翻了一番，達到5000個。不過，這與摩爾最初的預言還存在一定差距。為了保證計算的精確性，1975年摩爾對這一規律進行了修正，將翻番的時間從一年調整為兩年。其后這一時間又被調整為兩者的平均值：18個月。
摩爾發現的規律像一個神奇的咒語，被其后數十年芯片發展的實際情況所驗證，人們稱它為信息產業中的“摩爾定律”。 英特爾也在“摩爾定律”為中心的研發方向下，成就了自己的一番霸業。
挑戰極限
20世紀60年代，美國物理學家理查德·費曼卻提出一個另類的想法：如果我們從米出發，向微觀世界挺進，人類的工程完全可以向下延伸九個量級，即納米。
摩爾定律下的集成電路世界其實就是人們向微觀世界發起挑戰的嘗試。根據這一定律計算，到2010年，一個芯片上晶體管的數量將超過十億個。為了在單位面積的芯片上集成更多的晶體管元件，就要求不斷地提高微加工的技術。除了不斷減小元器件尺寸，還必須通過線路設計來解決增加功能、減少功耗與散熱的問題。
由于制造晶體管使用的材料（金屬氧化物、硅、金屬電極）自身的物理特性，決定了這種形式的晶體管的尺寸下限，因此隨著Intel一輪又一輪的新主頻CPU問世，這種結構的尺度潛力也即將被壓榨干凈。除了開發出新型材料，CPU的制造工藝也在不斷地改進。從早期的0.35微米，逐步升級為0.28微米、0.18微米、0.13微米再到現在的90納米，以及未來的65納米。根據最新的資料，將于2005年底量產的英特爾“安騰”系列“Montecito”處理器，其內部將集成17億個晶體管。
摩爾定律是否會遭遇技術極限？有專家預測當制造芯片的技術達到線寬30納米時，現有技術可能難以繼續發展。然而，取代目前集成電路制造技術的納米技術至今仍未發展成熟，這將預示著摩爾定律的終結。
摩爾定律一直直接主導了PC的升級換代，也間接主導整個IT產業的升級換代。隨著人們消費觀念的更新，以“摩爾定理”為核心，速度至上、主頻為王的時代似乎已經走到了盡頭。
