摩爾定律
摩爾公司美國的法律是由英特爾制定的(Intel)創始人之一戈登·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。這個規律揭示了信息技術進步的速度。

盡管這種趨勢已經持續了半個多世紀,摩爾 s定律仍應被視為觀察或推測,而不是物理或自然規律。據預測,該法律將至少持續到2015年或2020年。然而,2010年國際半導體技術發展路線圖的更新增長在2013年底有所放緩,預計晶體管數量密度在隨后的時期內只能每三年翻一番。
發展歷程 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〉據預測,集成在半導體芯片上的晶體管和電阻的數量每年將翻一番。
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現,“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。據相關統計,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50億開發的IBM360系統計算機已經變成了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“電路的數目”,是整個“計算機的性能”,還是“一塊錢可以買到業績”就見仁見智了。
發現背景 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,具有很大的發展潛力。因此,平面過程被認為是“整個半導體的工業結合”這也是Moore 的法律。
1965年,時任飛兆半導體公司研發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”當摩爾開始繪制數據時,他發現了一個驚人的趨勢: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。
如果這種趨勢持續下去,計算能力將相對于時間段呈指數級增長。摩爾公司的觀測數據是后來摩爾 它仍然異常準確。
還發現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年的時間里,芯片上的晶體管數量增加了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。
發現人物 編輯本段
戈登·摩爾(戈登,摩爾,1929年-英特爾公司(Intel)的創始人之一。
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歲開始養家糊口,做了小官我媽才中學畢業。高中畢業后,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,摩爾獲得了學士學位后來他繼續深造,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。根據英特爾公布的統計數據,單個芯片上的晶體管數量從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,組件數量已經相當接近實際增長倍數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。
在系統軟件方面,由于存儲容量的限制,早期計算機的規模和功能都受到了極大的限制根據Moore 隨著美國定律的出現,系統軟件不再局限于狹小的空間,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。繪制其發展速度曲線后發現,軟件規模和復雜度的增長速度甚至超過了Moore 的法律。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。
摩爾公司定律不是數學、物理規律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,摩爾在國際電信聯盟IEEE的年度學術會議上提交了一篇論文,這篇論文是根據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濟因素的制約。同年,摩爾在《經濟學家》雜志上寫道:最讓我擔心的是成本的增加…這是另一條指數曲線”他的聲明被稱為摩爾 第二定律。
新摩爾定律:出現在中國IT專業媒體上“新摩爾定律”術語 quot互聯網和互聯網quot指的是中國互聯網主機和互聯網用戶數量的增長速度,每六個月翻一番。專家預測,這一趨勢將在未來幾年內持續。
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人不可或缺的工具,信息技術從實驗室進入了無數普通家庭,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。
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的發展,給千家萬戶的生活帶來了改變。
發展前景 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、每秒能執行1000億條指令的芯片。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,隨著硅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。一旦芯片上的線條寬度達到納米,(10^-9米)在數量級上,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,線規模已經縮小到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。
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的半導體晶體管,它已經進入“大叔”級別的“摩爾定律”,將無法繼續引領電子設備發展的步伐。
基于摩爾 業內人士提出“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,新開發的碳納米管芯片符合要求“摩爾定律”周期,根據摩爾 美國定律,計算機芯片的集成度每18個月翻一番,價格減半。傳統的晶體管由硅制成然而,從2011年開始,硅晶體管已經接近原子級別,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計算機創新。
生物學應用 編輯本段
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