什麼是計算機摩爾定律??

摩爾在1965年文章中指出,芯片中的晶體管和電阻器的數量每年會翻番,原因是工程師可以不斷縮小晶體管的體積。這就意味著,半導體的性能與容量將以指數級增長,並且這種增長趨勢將繼續延續下去。1975年,摩爾又修正了摩爾定律,他認為,每隔24個月,晶體管的數量將翻番。

  這篇文章發表的時候,芯片上的元件大約只有60種,而現在,英特爾最新的Itanium芯片上有17億個硅晶體管。

  儘管這一定律後來成為里程碑似的東西,但這篇文章當時並沒有放在首要位置,文章所在的頁碼是114頁。

  摩爾最近說:"當時,你不會想把這種東西放入你的檔案中的,我當時沒有想到它會如此的精確。"

  為什麼是硅?

  這是一個材料科學上奇蹟。硅是是一種很好的半導體(它能夠導電,但同時也可以控制的方式進行的),儘管收縮,硅的晶體結構仍然能保持完整。

  摩爾定律現在失效了嗎?

  沒有,儘管很多分析師與企業的官員已經放言摩爾定律將過時,但它可能仍然發揮作用。

  一些人,比如惠普實驗室的 Stan Williams與Phil Kuekes認為,到2010年,晶體管的收縮將成為一個問題。因此,廠商需要找到新的替代材料,比如惠普的"交叉開關"(crossbar switches)。

  另外一些人,比如英特爾的科技戰略部主任 Paolo Gargini則宣稱,到2015年,製造商們才開始轉向混合芯片(hybrid chips),比如結合了傳統晶體管元素與新出現材料,比如納米線的芯片。到 2020年,新型芯片才會完全投入使用。

  從理論的角度講,硅晶體管還能夠繼續縮小,直到4納米級別生產工藝出現為止,時間可能在2023年左右。到那個時候,由於控制電流的晶體管門(transistor gate) 以及氧化柵極(gate oxide)距離將非常貼近,因此,將發生電子漂移現象(electrons drift)。如果發生這種情況,晶體管會失去可靠性,原因是晶體管會由此無法控制電子的進出,從而無法制造出1和0出來。

  (注:納米是衡量芯片的體積單位。一納米是一米的十億分之一。目前的芯片一般使用90納米工藝製造。)

  如果失效會怎樣?

  很難講。如果替代晶體管的材料永遠找不到,摩爾定律便會失效。如果替代材料出現了,那麼類似摩爾定律的規律將仍然出現。

  最好的替代材料是什麼?

  天知道?碳納米管,硅納米線晶體管,分子開關(molecular crossbars),相態變化材料( phase change materials),自旋電子(spintronics)目前都處於試驗階段。

  儘管硅有侷限性,但製造商與設計師們仍然喜歡這種材料。硅將繼續出現在某些設備當中。

  摩爾表示:"我認為,硅技術仍然是製造複雜微結構及材料的基本方法。"

  誰提出了摩爾定律?

  加州理工學院的教授Carver Mead也參與了摩爾定律的提出。摩爾表示,20年來,他對人們稱他為摩爾定律創始人的做法受之有愧。英特爾的前官員David House曾經推斷說,晶體管的數量每18個月翻番。實際上,芯片的性能每隔18個月翻番一次。摩爾強調說,他從;從來沒有說過18個月。

  摩爾定律不適合於硬盤驅動器的容量或者其它設備之上。摩爾開玩笑的說:"摩爾定律已經被應用於任何呈現指數級增長的東西上面,我很高興因此而獲得好評。"

  翻番有何用途?

  晶體管數量翻倍帶來的好處可以總結為:更快,更小,更便宜。根據摩爾定律,芯片設計師的主要任務便是縮小晶體管的大小,然後讓芯片能夠容納越多的晶體管。晶體管的增加可以讓設計師為芯片添加更多的功能,比如3D顯卡,從而節約成本。

  晶體管的增加也能夠讓設計師將精力放在依靠芯片的總體性能上。由於新舊芯片的體積一一樣,因此新款芯片的成本與舊款芯片一樣。

  另外,小的晶體管意味著電子不需要傳得過遠,從而提升了芯片的性能。

  摩爾定律如何影響實際產品?

  摩爾定律讓生產找到了提升其產品性能的途徑。18年前,"華爾街"這部電影裡面的麥克爾道格拉斯拿的手機象一塊磚,而現在,晶體管數量的增加讓多功能手機得以出現,電視,7百萬象素照相機,MP3 音樂播放器都能夠融於小小的一隻手機當中。

  功能更加強大,價格更加便宜的芯片讓軟件開發商們得以開發出既時通訊,3D遊戲以及網頁瀏覽器這樣的東西。

  技術難點在哪裡?

  將電流弄進晶體管相當困難,晶體管會發熱,這是一個問題。一些晶體管結構,譬如氧化柵極,僅有幾個原子那麼薄,因此很容易漏電。

  硅的出路在何方?

  趨勢是將硅應用到新地方。未來幾年,各種才起步的公司希望在牆壁上,傢俱中甚至野生動物身上嵌入傳感器。微流體芯片(Microfluidics Chip)可以讓醫生用筆記本電腦獲知許多病人的身體狀況。

  經濟方面的影響有哪些?

  僅有幾個行業會受此影響。汽車製造商們已經表示將會改造汽車內部的茶托(cup holders )以及汽車的外形,因為汽車的引擎不會朝令夕改。

  摩爾定律對於經濟健康嗎?

  是也不是。專門衡量摩爾定律的一個規則叫做Rock定律。Rock定律說,芯片工廠的組裝成本每四年會翻番。現在,新的組裝工廠會耗資數十億美元。出於成本原因,絕大多數的芯片公司現在並不擁有組裝工廠。

  華爾街的分析師,未來學家,甚至芯片企業的官員一直在表示,高昂的成本將終結或者減弱摩爾定律的使用。

  摩爾還做了哪些別的預測?

  摩爾還是預測過家用電腦以及電子錶。 上個世紀70年代初,在電子學雜誌的,摩爾還預測了"奧弗辛斯基效應應用電子標準內存"(Ovonics Unified Memory)。

  並不是摩爾說的每樣東西都變為了現實。他曾經預測說,現在的晶圓(wafers)直徑會達到56英寸,現在的晶圓直徑已經突破了12英寸。

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