摩爾定律
摩爾公司美國的法律是由英特爾制定的（Intel）創(chuàng)始人之一戈登·摩爾（戈登 摩爾）提出來的。其內容為：當價格不變時，一個集成電路上可以容納的元件數(shù)量大約是每18個-24個月翻倍，性能翻倍。換句話說，每一美元可以買到計算機性能，每18-24個月內翻了一倍多。這個規(guī)律揭示了信息技術進步的速度。
摩爾定律盡管這種趨勢已經(jīng)持續(xù)了半個多世紀，摩爾 s定律仍應被視為觀察或推測，而不是物理或自然規(guī)律。據(jù)預測，該法律將至少持續(xù)到2015年或2020年。然而，2010年國際半導體技術發(fā)展路線圖的更新增長在2013年底有所放緩，預計晶體管數(shù)量密度在隨后的時期內只能每三年翻一番。
發(fā)展歷程 編輯本段
1965年4月19日，《電子學》雜志（電子 雜志）第114頁刊登了摩爾（當時他是飛兆半導體公司的工程師）撰寫的文章〈用更多的元件填充集成電路〉據(jù)預測，集成在半導體芯片上的晶體管和電阻的數(shù)量每年將翻一番。
1975年，Moore在IEEE電子元件國際會議上提交了一篇論文，對Moore ■法律根據(jù)當時的實際情況“每年增加一倍”改為“每兩年增加一倍”，流行的說法是“每18個月翻一番”但是在1997年9月，摩爾在一次采訪中聲明他從未說過“每18個月翻一番”SEMATECH路線圖遵循24個月的周期。
一般來說，如果在相同面積的晶圓下生產相同規(guī)格的IC，隨著工藝技術的進步，IC的產量可以每一年半翻一番，也就是說每一年半可以降低50的成本，平均每年可以降低30以上。至于摩爾 就美國的法律而言，集成電路技術每一年半就被提升一次。
摩爾公司s定律是評價半導體技術進步的簡單經(jīng)驗法則其重要意義在于，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，TSMC董事長張忠謀說，摩爾 美國的法律在過去30年相當有效，在未來10到15年應該仍然適用。但是最近的一項研究發(fā)現(xiàn)，“摩爾定律”新世紀的時代就要結束了，因為研究和實驗室的成本很高，很少有企業(yè)有財力投入芯片工廠的建立和維護。而且工藝越來越接近半導體的物理極限，再縮小就難了。
由于高純硅的獨特性，集成度越高，晶體管就越便宜，這就產生了摩爾 的法律20世紀60年代初，一個晶體管的價格約為10美元，但隨著晶體管越來越小，當小到一根頭發(fā)上可以裝下1000個晶體管時，每個晶體管的價格僅為千分之一美分。據(jù)相關統(tǒng)計，按照10萬次乘法的價格，IBM704電腦85美分，IBM709電腦降為17美分60年代中期，IBM花50億開發(fā)的IBM360系統(tǒng)計算機已經(jīng)變成了3.0美分。摩爾的定義 s定律可以歸納為以下三個版本：
集成電路芯片上的集成電路數(shù)量每18個月翻一番。
微處理器的性能每18個月翻一番，或者價格下降一半。
一美元能買到的電腦性能每18個月翻一番。
以上說法中，第一種最常見，第二種是、三種說法都涉及價格因素，本質是一樣的。雖然這三個論點各有千秋，但它們有一個共同點，即“翻倍”周期18個月，翻倍的集成在集成電路芯片上“電路的數(shù)目”，是整個“計算機的性能”，還是“一塊錢可以買到業(yè)績”就見仁見智了。
發(fā)現(xiàn)背景 編輯本段
早在1959年，美國著名半導體制造商Fairchild首先推出了平面晶體管，隨后在1961年推出了平面集成電路。這種平面制造工藝基于所謂的平面硅晶片“光刻”形成半導體電路元件如二極管的技術、三極管、電阻和電容等。
只要“光刻”隨著精度的不斷提高，元器件的密度也會相應增加，具有很大的發(fā)展?jié)摿ΑＲ虼耍矫孢^程被認為是“整個半導體的工業(yè)結合”這也是Moore 的法律。
1965年，時任飛兆半導體公司研發(fā)實驗室主任的摩爾應邀為《電子學》雜志35周年特刊撰寫觀察評論報告，題為：用更多的元件填充集成電路”當摩爾開始繪制數(shù)據(jù)時，他發(fā)現(xiàn)了一個驚人的趨勢：每個新芯片的容量大約是前一個芯片的兩倍，每個芯片的產量是前一個芯片的18倍-24個月內。
如果這種趨勢持續(xù)下去，計算能力將相對于時間段呈指數(shù)級增長。摩爾公司的觀測數(shù)據(jù)是后來摩爾 它仍然異常準確。
還發(fā)現(xiàn)這不僅適用于對存儲芯片的描述，也能準確解釋處理器能力和磁盤驅動器存儲能力的發(fā)展。這個規(guī)律已經(jīng)成為很多行業(yè)業(yè)績預測的基礎。在26年的時間里，芯片上的晶體管數(shù)量增加了3200多倍，從1971年推出的第一款4004中的2300個增加到奔騰II處理器中的750萬個。
發(fā)現(xiàn)人物 編輯本段
戈登·摩爾（戈登,摩爾,1929年-英特爾公司（Intel）的創(chuàng)始人之一。
1929年1月3日，戈登·摩爾出生在加利福尼亞州舊金山的佩斯卡迪諾。我父親沒有我不怎么上學17歲開始養(yǎng)家糊口，做了小官我媽才中學畢業(yè)。高中畢業(yè)后，他進入加州伯克利著名的化學專業(yè)，實現(xiàn)了他少年時的夢想。
1950年，摩爾獲得了學士學位后來他繼續(xù)深造，獲得了博士學位他于1954年獲得物理化學博士學位。
1965年，有人提議“摩爾定律”
另一種說法
摩爾公司美國的法律是基于戈登·摩爾（戈登 摩爾）但摩爾并不是第一個提出摩爾 美國法律，但加州理工學院的卡弗·米德（卡弗 蜂蜜酒）教授。
米德是第一個注意到摩爾 這是一個定律，即晶體管等產品產量的增加會導致價格下降。米德指出，如果給定價格下的計算機處理能力每兩年翻一番，那么同期該價格下的計算機處理設備的價格將會降低一半。
定律驗證 編輯本段
廣義驗證
1975年，在一個新的電荷前端器件存儲芯片中有近65，000個元素，這與Moore s在1965年的預測。根據(jù)英特爾公布的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，單個芯片上的晶體管數(shù)量從1971年的2300個增加到1997年7在奔騰II處理器上.500萬，26年增長了3200倍。如果按“每兩年翻一番”預測26年應該有13個倍增周期，每個周期后芯片上集成的元件數(shù)應該增加2n倍（0≤n≤12）所以到了第13個周期，也就是26年后，組件數(shù)量已經(jīng)相當接近實際增長倍數(shù)3200倍了。
要素驗證
還有個人電腦的人（即PC）基于的微處理器芯片三要素、半導體存儲器和系統(tǒng)軟件來檢查摩爾 的法律。
至于微處理器，從1979年的80868088到1982年的80286，1985年的80386，1989年的80486，1993年的奔騰，1996年的PentiumPro，1997年的PentiumII，功能越來越強，價格越來越低每次更新都是摩爾 的法律。同時PC的內存容量從最早的480k擴展到8M和16M，與Moore 的法律。
在系統(tǒng)軟件方面，由于存儲容量的限制，早期計算機的規(guī)模和功能都受到了極大的限制根據(jù)Moore 隨著美國定律的出現(xiàn)，系統(tǒng)軟件不再局限于狹小的空間，它所包含的程序代碼的行數(shù)也急劇增加：1975年Basic的源代碼只有4000行，20年后增長到50萬行左右。微軟 1982年的第一版包含27000行代碼，20年后增加到大約200萬行。繪制其發(fā)展速度曲線后發(fā)現(xiàn)，軟件規(guī)模和復雜度的增長速度甚至超過了Moore 的法律。系統(tǒng)軟件的發(fā)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(fā)展。
摩爾公司定律不是數(shù)學、物理規(guī)律是對發(fā)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，都要留有一定的余量。在這個意義上，摩爾 s的預測是準確的，有價值的，所以會得到業(yè)內人士的認可，產生很大的反響。
修正演化 編輯本段
修正
1975年，摩爾在國際電信聯(lián)盟IEEE的年度學術會議上提交了一篇論文，這篇論文是根據(jù)當時的實際情況寫成的“密度每年一番”增長率已被重新審查和修訂。據(jù)摩爾本人在1997年9月接受《科學的美國人》的編輯采訪時說，是他把“每年翻一番”改為“每兩年翻一番”其實后來更準確的時間是:18個月的平均值。
演化
摩爾第二定律：自從摩爾 s定律在30年前提出，集成電路芯片的性能確實有了很大的提高；另一方面，英特爾高管開始注意到芯片工廠的成本也在相應增加。1995年，英特爾董事會主席羅伯特·諾伊斯預見到摩爾 美國的法律會受到經(jīng)濟因素的制約。同年，摩爾在《經(jīng)濟學家》雜志上寫道：最讓我擔心的是成本的增加…這是另一條指數(shù)曲線”他的聲明被稱為摩爾 第二定律。
新摩爾定律：出現(xiàn)在中國IT專業(yè)媒體上“新摩爾定律”術語 quot互聯(lián)網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)quot指的是中國互聯(lián)網(wǎng)主機和互聯(lián)網(wǎng)用戶數(shù)量的增長速度，每六個月翻一番。專家預測，這一趨勢將在未來幾年內持續(xù)。
意義介紹 編輯本段
摩爾定律”總結了信息技術進步的速度。自摩爾 以來的40多年里美國定律被應用，計算機從神秘和難以接近的龐然大物變成了大多數(shù)人不可或缺的工具，信息技術從實驗室進入了無數(shù)普通家庭，互聯(lián)網(wǎng)連接了整個世界，多媒體視聽設備豐富了每個人 的生活。
摩爾定律”這對全世界來說意義重大。在回顧半導體芯片產業(yè)40年來的進步并展望其未來時，信息技術專家認為，在未來，“摩爾定律”可能還會適用。但隨著晶體管電路逐漸接近性能極限，這一定律終將走到盡頭。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(yè)的發(fā)展，給千家萬戶的生活帶來了改變。
發(fā)展前景 編輯本段
摩爾公司美國法律公布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，人們并不感到驚訝。Intel微處理器芯片Pentium4的主頻達到了2GHz2011年，它推出了10億個晶體管、每秒能執(zhí)行1000億條指令的芯片。這種發(fā)展速度是否會無限延續(xù)，是人們思考的問題。
從技術角度來說，隨著硅片上電路密度的增加，其復雜度和出錯率也將呈指數(shù)級增長，同時對芯片進行全面徹底的測試幾乎是不可能的。一旦芯片上的線條寬度達到納米，（10^-9米）在數(shù)量級上，只相當于幾個分子的大小在這種情況下，材料的物理學、化學性質會發(fā)生質的變化，使得使用當前工藝的半導體器件無法正常工作，而Moore 美國的法律將會終結。
從經(jīng)濟學的角度來看，正如摩爾 s第二定律指出，20-3億美元建芯片廠，線規(guī)模已經(jīng)縮小到0.1微米會飆升到100億美元，比一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(yè)。
物理學家加來道雄（稻夫 Kaku）他是紐約城市大學的理論物理學教授在2012年的一次采訪中，他說摩爾 美國的法律在芯片行業(yè)47年后逐漸崩潰。這對計算機處理會有很大的影響。在未來十年左右，摩爾 s定律將會崩潰，計算能力僅僅依靠標準硅材料技術無法保持快速的指數(shù)級增長。
加來道雄說摩爾的兩個主要原因 美國法律與政策故障是高溫和泄漏。這也是硅材料壽命終結的原因。加來道雄說，這與摩爾 科學家的定律。科學家應該能夠繼續(xù)挖掘硅元件的潛力，從而保持摩爾 在接下來的幾年里，美國的法律；但在3D芯片等技術耗盡潛力后，就會達到極限。
各個領域的科學家和行業(yè)分析師都預言了摩爾 的法律。然而，研究人員也建議摩爾 由于芯片結構和元件的不斷改進，s定律仍然有效。就連被稱作“基于摩爾 s定律”英特爾宣布，隨著納米線等新型晶體管和其他技術的采用逐漸取代傳統(tǒng)的半導體晶體管，它已經(jīng)進入“大叔”級別的“摩爾定律”，將無法繼續(xù)引領電子設備發(fā)展的步伐。
基于摩爾 業(yè)內人士提出“More-Than-Moore”簡稱MTM，即“超越摩爾定律”，試圖保持摩爾 從更多的方面，從摩爾定律s定律“更多更快”，發(fā)展到MTM s“更好更全面”摩爾公司s定律是在邏輯和存儲器集成電路的發(fā)展中提出并得到驗證的，而MTM適用于更多類型的集成電路，比如模擬、RF、圖像 傳感器、嵌入式 DRAM、嵌入式 閃存、MEMS、高 電壓等通過改變基本的晶體管結構（SOI、FIN-FET），所有類型的電路都與技術和先進的封裝兼容（晶圓級封裝、SiP、3D多芯片封裝）和其他技術，使得片上系統(tǒng)可以支持越來越多的功能，也可以降低芯片的成本、提高電路的等效集成度。
專家預測 編輯本段
毫無疑問，摩爾 美國的法律對整個世界都有深遠的意義。然而，隨著晶體管電路逐漸接近性能極限，這一規(guī)則將走到盡頭。摩爾 s定律失效？專家對此看法不一。早在1995年，在芝加哥舉行的信息技術國際研討會上，美國科學家和工程師杰克·Kilby表示，5 nm處理器的出現(xiàn)可能會終結Moore 的法律。中國科學家未來學家周海中在研討會上預言，摩爾 由于納米技術的快速發(fā)展，美國的法律可能在30年后失效。2012年，日裔美國理論物理學家加來道雄在接受智庫網(wǎng)站采訪時說，“在10年左右的時間里，我們將會看到摩爾 美國法律崩潰。不久前，摩爾自己也認為這一規(guī)則將在2020年黯然失色。一些專家指出，即使摩爾 美國法律死亡，信息化的步伐不會放慢。
突破研究 編輯本段
2012年10月28日，美國IBM研究所的科學家聲稱，新開發(fā)的碳納米管芯片符合要求“摩爾定律”周期，根據(jù)摩爾 美國定律，計算機芯片的集成度每18個月翻一番，價格減半。傳統(tǒng)的晶體管由硅制成然而，從2011年開始，硅晶體管已經(jīng)接近原子級別，達到了物理極限由于這種物質的天然屬性，硅晶體管的運行速度和性能很難有所突破。
IBM的研究人員在一個硅芯片上放置了超過10000個碳納米晶體管，碳納米晶體管的電子運行速度比硅器件更快。它們也是晶體管最理想的結構形式。這些優(yōu)異的性能將成為取代硅晶體管的理由，結合新的芯片設計架構，未來微型芯片將實現(xiàn)計算機創(chuàng)新。
生物學應用 編輯本段
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