摩爾定律是由英特爾的創始人之壹戈登·摩爾創立的。
摩爾)。其內容是:在價格不變的情況下，集成電路上可容納的晶體管數量每18個月翻壹番，性能也翻壹番。也就是說，每壹塊錢能買到的電腦性能，每18個月就會翻壹倍以上。這個規律揭示了信息技術進步的速度。
雖然這種趨勢已經持續了半個多世紀，但摩爾定律仍然應該被視為觀察或推測，而不是物理或自然規律。預測該規律至少會持續到2015或者2020年[1]。然而，2010年國際半導體技術發展路線圖的更新增長在2013年末有所放緩，晶體管數密度預計在隨後的時期內每三年才翻壹番。[1]
1摩爾定律概述
1965 4月19日，電子雜誌(電子
Magazine)在114頁發表了摩爾(當時是飛兆半導體公司的工程師)寫的壹篇文章，文章預測半導體芯片上集成的晶體管和電阻的數量每年都會翻壹番。
1975年，摩爾在IEEE電子元器件國際會議上發表論文，根據當時的實際情況，對摩爾定律進行了修正，將“每年翻倍”改為“每兩年翻倍”，而現在流行的說法是“每18個月翻倍”。然而，在1997年9月，摩爾在接受采訪時表示，他從未說過“每18個月翻壹番”，SEMATECH路線圖遵循24個月的周期。
壹般來說，如果在相同面積的晶圓下生產相同規格的IC，隨著工藝技術的進步，IC的產量可以每壹年半翻壹番，也就是說每壹年半可以降低50%的成本，平均每年可以降低30%以上。就摩爾定律而言，IC技術每壹年半進步壹次。
摩爾定律是評價半導體技術進步的簡單經驗法則。其重要意義在於，從長遠來看，IC制造技術是直線推進的，使IC產品不斷降低成本，提高性能，增加功能。
1998年，臺積電董事長張忠謀表示，摩爾定律在過去30年相當有效，在未來10年到15年應該仍然適用。
然而，最近的壹項研究發現，“摩爾定律”的時代將會退出，因為研究和實驗室的成本需求非常高，很少有企業有財力投資芯片工廠的創建和維護。而且工藝越來越接近半導體的物理極限，再縮小就難了。
由於高純矽的獨特性，集成度越高，晶體管就越便宜，這就產生了摩爾定律的經濟效益。在20世紀60年代初，壹個晶體管的價格約為65，438+00美元，但隨著晶體管越來越小，當它可以在壹根頭發上安裝65，438+0，000個晶體管時，每個晶體管的價格僅為千分之壹美分。據相關統計，按照654.38+百萬次乘法的價格，IBM704計算機是85美分，IBM709降為654.38+07美分，而IBM在60年代中期耗資50億開發的IBM360系統計算機卻變成了3.0美分。摩爾定律的定義可以歸納為以下三個版本:
集成電路芯片上的集成電路數量每18個月翻壹番。
微處理器的性能每18個月就會翻倍或者價格下降壹半。
壹塊錢能買到的電腦性能每18個月翻壹番。
上述說法中，第壹種說法最常見，第二種和第三種說法都涉及價格因素，其本質是壹樣的。三種說法雖然各有千秋，但有壹點是相同的，那就是“翻倍”的周期是18個月。至於集成電路芯片上集成的“電路數”，是“整機性能”，還是“壹塊錢能買到的性能”，見仁見智。[2]
2發現背景編輯
早在1959年，美國著名半導體制造商Fairchild公司首先推出了平面晶體管，隨後在1961年推出了平面集成電路。這種平面制造工藝使用所謂的“光刻”技術在拋光的矽晶片上形成半導體電路的元件，如二極管、三極管、電阻器和電容器。
如果“光刻”的精度不斷提高，元件的密度也會相應提高，具有很大的發展潛力。因此，平面技術被認為是“整個半導體的工業紐帶”，是摩爾定律的技術基礎。
65438-0965年，時任飛兆半導體公司研發實驗室主任的摩爾受邀為《電子》雜誌35周年特刊撰寫觀察評論報告，題目是《讓集成電路充滿更多元件》。當摩爾開始繪制數據時，他發現了壹個驚人的趨勢:每個新芯片包含的容量大致是其前任的兩倍，每個芯片都是在前壹個芯片生產出來後的18-24個月內生產的。
如果這種趨勢持續下去，計算能力將隨時間呈指數級增長。摩爾的觀察數據，後來成為摩爾定律，描述了延續至今的趨勢，仍然異常準確。
還發現這不僅適用於對存儲芯片的描述，也能準確解釋處理器能力和磁盤驅動器存儲能力的發展。這個規律已經成為很多行業業績預測的基礎。在26年的時間裏，芯片上的晶體管數量增加了3200多倍，從1971推出的第壹個4004中的2300個增加到奔騰II處理器中的750萬個。
3發現字符編輯器
戈登·摩爾(戈登
摩爾，1929-):英特爾創始人之壹。
10月3日，戈登·摩爾出生在加利福尼亞州三藩市的佩斯卡迪諾。我父親沒怎麽去上學。17歲開始養家，成家。
戈登·摩爾
小官，母親才中學畢業。高中畢業後，他進入加州伯克利著名的化學專業，實現了他少年時的夢想。
1950年，摩爾獲得學士學位，之後他繼續深造，於1954年獲得物理化學博士學位。
1965年，摩爾定律提出。
另壹種說法
雖然摩爾定律是以戈登·摩爾(Gordon
Moore)，但最早提出摩爾定律的不是摩爾，而是加州理工學院的卡弗·米德教授。
米德是第壹個註意到摩爾定律的人，摩爾定律認為晶體管等產品產量的增加會導致它們的價格下降。米德指出，如果給定價格下的計算機處理能力每兩年翻壹番，那麽同期該價格下的計算機處理設備的價格將會降低壹半。
4法律驗證編輯
通用驗證
在1975年，壹個新的電荷前端器件存儲芯片中有近65000個元件，與1965的預測壹致。根據Intel公布的統計數據，單個芯片上的晶體管數量從4004處理器上的19765438+2300增加到了1997。
2008年，奔騰II處理器有750萬顆，26年增長了3200倍。按照“每兩年翻壹番”的預測，這26年應該包括13個翻壹番的周期，每個周期之後芯片上集成的元件數應該增加2n倍(0≤n≤12)，所以13周期之後的元件數，也就是26年，與實際增長倍數3200倍相當接近。
元素驗證
摩爾定律
也有人從個人電腦(PC)的三大要素:微處理器芯片、半導體存儲器、系統軟件來考察摩爾定律的正確性。
微處理器方面，從1979中的8086和8088到1982中的80286，1985中的80386，1989中的80486，1993中的奔騰，65438+。同時PC的內存容量從最早的480k擴展到8M，16M，更符合摩爾定律。
在系統軟件方面，由於存儲容量的限制，早期計算機的規模和功能都受到了極大的限制。隨著內存容量按照摩爾定律的指數級增長，系統軟件不再局限於狹小的空間，它所包含的程序代碼的行數也急劇增加:1975年Basic的源代碼只有4000行，20年發展到50萬行左右。微軟Word第壹版，1982，包含27000行代碼，20年後增加到200萬行左右。畫出其發展速度的曲線後，發現軟件規模和復雜度的增長速度甚至超過了摩爾定律。系統軟件的發展反過來增加了對處理器和存儲芯片的需求，從而刺激了集成電路的更快發展。
摩爾定律不是數學和物理的定律，而是對發展趨勢的分析和預測。所以無論是用文字表達，還是定量計算，都要留有壹定的余量。從這個意義上說，摩爾的預測是準確的，是有價值的，所以會得到業內人士的認可，產生很大的反響。
5改進的進化編輯
校訂
1975年，摩爾在國際電信聯盟IEEE年度學術會議上發表論文，根據當時的實際情況，重新審視和修正了“密度每年翻倍”的增長率。據摩爾本人在9月份接受《科學美國人》編輯采訪時1997，將“每年翻壹番”改為“每兩年翻壹番”。其實後面更準確的時間是兩者的平均值:18個月。
發展
摩爾第二定律:摩爾定律提出30年以來，集成電路芯片的性能確實有了很大的提升；另壹方面，英特爾高。
高層的人已經開始註意到芯片廠的成本也在相應增加。從65438到0995，英特爾董事會主席羅伯特·諾伊斯預見到摩爾定律會受到經濟因素的制約。同年，摩爾在《經濟學人》上寫道:“我現在最擔心的是成本的增加……這又是壹條指數曲線”。他的陳述被稱為摩爾第二定律。
新摩爾定律:中國IT專業媒體出現了“新摩爾定律”的表述，指的是中國互聯網主機和用戶數量的增長速度，每6個月就會翻壹番。專家預測，這壹趨勢將在未來幾年內持續。
6含義介紹
摩爾定律概括了信息技術進步的速度。在摩爾定律應用的40多年裏，計算機從神秘莫測、難以接近的龐然大物變成了大多數人不可或缺的工具，信息技術從實驗室走進了無數普通家庭，互聯網連接了整個世界，多媒體視聽設備豐富了每個人的生活。
由於高純矽的獨特性，集成度越高，晶體管越便宜，這就產生了摩爾定律的經濟效益。在20世紀60年代初，壹個晶體管的價格約為65，438+00美元，但隨著晶體管越來越小，直到小到可以在壹根頭發上放置65，438+0，000個晶體管，每個晶體管的價格僅為千分之壹美分。據相關數據統計，按照654.38+百萬倍相乘的價格，IBM704計算機是654.38+0，IBM709降為20美分，而IBM在60年代中期耗資50億開發的IBM360系統計算機，已經變成了3.5美分。
摩爾定律對全世界意義重大。在回顧半導體芯片產業40多年的進步並展望其未來時，信息技術專家認為摩爾定律在未來可能仍然適用。但隨著晶體管電路逐漸接近性能極限，這壹定律終將走到盡頭。40多年來，半導體芯片的集成化趨勢，正如摩爾所預言的那樣，推動了整個信息技術產業的發展，給千家萬戶的生活帶來了改變。
7發展前景
摩爾定律發表40多年了，看到半導體芯片制造技術水平以令人眩暈的速度提高，人們並不感到驚訝。英特爾的
微處理器芯片Pentium4的主頻達到了2GHz。2011年推出了1億個晶體管，每秒1億條指令的芯片。這種發展速度是否會無限延續，是人們思考的問題。
從技術角度來說，隨著矽片上電路密度的增加，其復雜度和出錯率也將呈指數級增長，同時對芯片進行全面徹底的測試幾乎是不可能的。壹旦芯片上的線條寬度達到納米量級(10-9米)，相當於只有幾個分子的大小，在這種情況下，材料的物理化學性質就會發生質的變化，使得采用目前工藝的半導體器件無法正常工作，摩爾定律也就走到了盡頭。
從經濟學的角度來看，如摩爾第二定律所述，如果壹個芯片廠的建造成本為20-30億美元，那麽當縮減到0.1微米時，線尺寸將飆升至100億美元，這比壹個核電站的投資還多。越來越多的公司因無力承擔資金而退出了芯片行業。[1]
物理學家加來道雄(稻夫
Kaku)是紐約城市大學的理論物理學教授。在2012的采訪中，他說摩爾定律在統治了芯片行業47年後，正在逐漸崩潰。這對計算機處理會有很大的影響。未來十年左右，摩爾定律將崩潰，計算能力僅靠標準矽材料工藝無法保持快速的指數級增長。
加來道雄說，摩爾定律失效的兩個主要原因是高溫和漏電。這也是矽材料壽命終結的原因。加萊·熊吉說，這與科學家最初預測的摩爾定律的衰落大相徑庭。科學家應該能夠繼續挖掘矽元件的潛力，從而在未來幾年保持摩爾定律的生命力；但在3D芯片等技術耗盡潛力後，就會達到極限。
各個領域的科學家和行業分析師已經預言了摩爾定律的失敗。然而，研究人員也提出，由於芯片結構和組件的不斷改進，摩爾定律在今天仍然有效。就連號稱“基於摩爾定律”的英特爾公司也宣布，隨著采用納米線等技術的新型晶體管逐漸取代傳統半導體晶體管，已經進入“大叔”級別的摩爾定律不會繼續引領電子設備的發展。
8突破性研究編輯
2012，10年10月28日，美國IBM研究院的科學家宣稱，新開發的碳納米管芯片符合“摩爾定律”循環。根據摩爾定律，計算機芯片的集成度每18個月翻壹番，價格減半。傳統的晶體管由矽制成。然而，在過去的2011年裏，矽晶體管已經接近原子級別，達到了物理極限。由於這種物質的天然屬性，矽晶體管的運行速度和性能很難有所突破。
來自IBM的研究人員在壹個矽芯片上放置了超過654.38+00000個碳納米晶體管，碳納米晶體管的電子運行速度比矽設備更快。它們也是晶體管最理想的結構形式。這些優異的性能將成為取代矽晶體管的理由，結合新的芯片設計架構，未來微型芯片將實現計算機創新。
研究人員發現，在界面上有壹層氧化物或金屬的半導體中捕獲的電子很容易被吸入空氣中，隱藏在界面上的電子會形成壹層電荷，電子層中帶電粒子之間的庫侖排斥也會使電子很容易從矽中釋放出來。通過施加少量電壓，他們有效地從矽結構中提取電子，然後將它們放在空氣中，使它們可以在納米尺度的通道中行進，而不會遇到任何碰撞或散射。[3]
9生物應用編輯
2013年，科學家將摩爾定律應用於地球生命復雜性的研究，他們的結果表明，有機生命的存在時間遠遠超過。
地球本身。研究人員將摩爾定律中的晶體管替換為核苷酸——生命遺傳物質的基礎——並將電路替換為數學計算的遺傳物質。計算結果表明，生命最早出現在10億年前，比地球上45億年的預測年齡要老得多。研究人員表示，在太陽系形成時，可能存在類似細菌的生物，或者存在於銀河系古老區域的壹些簡單核苷酸可能通過彗星、小行星或其他空間碎片來到地球。這種假設被稱為學生理論，也稱為泛物種理論。有科學家認為，直到現在仍有生命以泛物種論的形式進入地球。[