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摩尔定律

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图中電腦处理器晶体管数目的指數增長曲线符合摩尔定律

摩尔定律是由英特尔创始人之一戈登·摩尔提出来的。其内容为:集成电路上可容纳的電晶体晶体管)数目,约每隔24个月便会增加一倍;经常被引用的“18个月”,是由英特尔首席执行官大衛·豪斯所说:预计18个月会将芯片的性能提高一倍(即更多的晶体管使其更快)。[1]
尽管这种趋势已经持续了超过半个世纪,摩尔定律仍应该被认为是观测或推测,而不是一个物理或自然法。预计摩尔定律将持续到至少2015年或2020年。[2]然而,2010年国际半导体技术发展路线图的更新增长已经在2013年年底放缓[3];之后的时间里,晶体管数量密度预计只会每三年翻一倍。

概述[编辑]

1965年4月19日,《电子学》杂志(Electronics Magazine)第114页发表了摩尔(時任仙童半導體公司工程师)撰写的文章〈让集成电路填满更多的元件〉,文中预言半导体芯片上集成的晶体管和电阻数量将每年增加一倍。

1975年,摩尔在IEEE國際電子元件大會上提交了一篇论文[4],根据当时的实际情况对摩尔定律进行了修正,把“每年增加一倍”改为“每两年增加一倍”,而现在普遍流行的说法是“每18个月增加一倍”。但1997年9月,摩尔在接受一次采访时声明,他从来没有说过“每18个月增加一倍”,而且SEMATECH路線圖跟隨24個月的週期。

大抵而言,若在相同面積的晶圓下生產同樣規格的IC,隨著製程技術的進步,每隔一年半,IC產出量就可增加一倍,換算為成本,即每隔一年半成本可降低五成,平均每年成本可降低三成多。就摩爾定律延伸,IC技術每隔一年半推進一個世代。

摩爾定律是簡單評估半導體技術進展的經驗法則,其重要的意義在於長期而言,IC製程技術是以一直線的方式向前推展,使得IC產品能持續降低成本,提升性能,增加功能。

1998年時,台積電董事長張忠謀曾表示,摩爾定律在過去30年相當有效,未來10到15年應依然適用。[5]

但最新的一項研究發現,“摩爾定律”的時代將會結束,因為研究和實驗室的成本需求十分高昂,而有財力投資在建立和維護晶片工廠的企業很少。[6]而且製程也越來越接近半導體的物理極限,將會難以再縮小下去。

由于高纯硅的独特性,集成度越高,晶体管的价格越便宜,这样也就引出了摩尔定律的经济学效益,在20世纪60年代初,一个晶体管要10美元左右,但随着晶体管越来越小,直小到一根头发丝上可以放1000个晶体管时,每个晶体管的价格只有千分之一美分。据有关统计,按运算10万次乘法的价格算,IBM704电脑为85美分,IBM709降到17美分,而60年代中期IBM耗资50亿研制的IBM360系统电脑已变为3.0美分。

摩爾定律的定义归纳起来,主要有以下三种版本: 

  1. 集成电路芯片上所集成的电路的数目,每隔18个月就翻一倍。
  2. 微处理器的性能每隔18个月提高一倍,或价格下降一半。   
  3. 用一个美元所能买到的电脑性能,每隔18个月翻两倍。   

以上几种说法中,以第一种说法最为普遍;第二、三两种说法涉及到价格因素,其实质是一样的。三种说法虽然各有千秋,但在一点上是共同的,即“翻倍”的周期都是18个月;至于翻倍的是集成电路芯片上所集成的“电路的数目”,是整个“计算机的性能”、还是“一个美元所能买到的性能”,就见仁见智了。

另一种说法[编辑]

摩尔定律虽然以戈登·摩尔的名字命名,但最早提出摩尔定律相关内容的并非摩尔,而是加州理工学院教授卡弗·米德(Carver Mead)。米德是最早关注到摩尔定律所提出的晶体管之类的产量增加,就会引起其价格下降的现象。米德指出,如果给定价格的电脑处理能力每两年提高一倍,那么这一价位的电脑处理装置同期就会降价一半。[7]

参考来源[编辑]

  1. ^ http://news.cnet.com/2100-1001-984051.html
  2. ^ http://news.cnet.com/New-life-for-Moores-Law/2009-1006_3-5672485.html
  3. ^ http://www.itrs.net/Links/2010ITRS/2010Update/ToPost/2010Tables_ORTC_ITRS.xls
  4. ^ Moore, Gordon. "Progress in Digital Integrated Electronics" IEEE, IEDM Tech Digest (1975) pp.11-13.
  5. ^ 半導體產業未來發展(09/02/2011) - TSMC
  6. ^ IBM研究員預測:“摩爾定律”的時代將要結束
  7. ^ 克里斯·安德森,《免费:商业的未来》,北京:中信出版社,2009年 第95页

外部連結[编辑]