摩爾定律

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圖中電腦處理器電晶體數目的指數增長曲線符合摩爾定律

摩爾定律是由英特爾創始人之一戈登·摩爾提出來的。其內容為:積體電路上可容納的電晶體數目,約每隔24個月便會增加一倍;經常被參照的「18個月」是由英特爾執行長David House所說:預計18個月會將晶片的效能提高一倍(即更多的電晶體使其更快)。[1]
儘管這種趨勢已經持續了超過半個世紀,摩爾定律仍應該被認為是觀測或推測,而不是一個物理或自然法。預計定律將持續到至少2015年或2020年。[2]然而,2010年國際半導體技術發展路線圖的更新增長已經放緩在2013年年底[3],之後的時間裡電晶體數量密度預計只會每三年翻一倍。

概述[編輯]

1965年4月19日,《電子學》雜誌(Electronics Magazine)第114頁發表了摩爾(時任仙童半導體公司工程師)撰寫的文章〈讓積體電路填滿更多的元件〉,文中預言半導體晶片上整合的電晶體和電阻數量將每年增加一倍。

1975年,摩爾在IEEE國際電子元件大會上送出了一篇論文[4],根據當時的實際情況對摩爾定律進行了修正,把「每年增加一倍」改為「每兩年增加一倍」,而現在普遍流行的說法是「每18個月增加一倍」。但1997年9月,摩爾在接受一次採訪時宣告,他從來沒有說過「每18個月增加一倍」,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,提升效能,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。

由於高純矽的獨特性,整合度越高,電晶體的價格越便宜,這樣也就引出了摩爾定律的經濟學效益,在20世紀60年代初,一個電晶體要10美元左右,但隨著電晶體越來越小,直小到一根頭髮絲上可以放1000個電晶體時,每個電晶體的價格只有千分之一美分。據有關統計,按運算10萬次乘法的價格算,IBM704電腦為85美分,IBM709降到17美分,而60年代中期IBM耗資50億研製的IBM360系統電腦已變為3.0美分。 摩爾定律的定義歸納起來,主要有以下三種版本: 

  1. 積體電路晶片上所整合的電路的數目,每隔18個月就翻一倍。
  2. 微處理器的效能每隔18個月提高一倍,或價格下降一半。   
  3. 用一個美元所能買到的電腦效能,每隔18個月翻兩倍。   

以上幾種說法中,以第一種說法最為普遍,第二、三兩種說法涉及到價格因素,其實質是一樣的。三種說法雖然各有千秋,但在一點上是共同的,即「翻倍」的周期都是18個月,至於翻倍的是積體電路晶片上所整合的「電路的數目」,是整個「電腦的效能」,還是「一個美元所能買到的效能」就見仁見智了。

另一種說法[編輯]

摩爾定律雖然以戈登·摩爾的名字命名,但最早提出摩爾定律相關內容的並非摩爾,而是加州理工學院的卡弗·米德(Carver Mead)教授。米德是最早關注到摩爾定律所提出的電晶體之類的產量增加,就會引起其價格下降現象的。米德指出,如果給定價格的電腦處理能力每兩年提高一倍,那麼這一價位的電腦處理裝置同期就會降價一半。[7]

參考來源[編輯]

  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·《免費:商業的未來》,北京:中信出版社,2009年 第95頁

外部連結[編輯]