摩爾定律五十歲了，它也不再那么神了

如果將摩爾定律比為一個(gè)人，他已經(jīng)是個(gè)50歲的中年人了。在這五十年中電子產(chǎn)業(yè)遵循著摩爾定律獲得了巨大的進(jìn)步。

 

很少有人知道，出版集團(tuán)McGraw-Hill在1930年因?yàn)榘l(fā)行了同名雜志而發(fā)明“電子(Electronics)”這個(gè)名詞；筆者在《Electronics》五十周年時(shí)加入該雜志的團(tuán)隊(duì)，并參與了一本記載電子學(xué)歷史的書(shū)籍編撰，內(nèi)容包括Gordon Moore創(chuàng)辦快捷半導(dǎo)體(Fairchild Semiconductor)以及(與Andy Grove、Robert Noyce)共同創(chuàng)辦英特爾(Intel)等公司的驚人成就。

 

在《Electronics》創(chuàng)刊三十五周年時(shí)，Moore投稿了一篇題為“在集成電路上擠進(jìn)更多零部件(Cramming more components onto integrated circuits)”的文章，他在文中猜測(cè)芯片上晶|FinFET晶|體管的數(shù)量會(huì)“每十二個(gè)月就加倍”；到了1975年，他將這個(gè)規(guī)則修正為“每?jī)赡昃图颖?rdquo;。雖然Moore的預(yù)測(cè)并不能算是“定律(law)”，但發(fā)明超大規(guī)模集成電路(VLSI)的美國(guó)加州理工學(xué)院(Caltech)教授Carver Mead大力推廣了“摩爾定律(Moore's law)”概念，以其做為VLSI將推動(dòng)電子產(chǎn)業(yè)未來(lái)成長(zhǎng)的標(biāo)竿。

 

從那時(shí)候開(kāi)始，摩爾定律成為一個(gè)自我實(shí)現(xiàn)的預(yù)言，全世界的工程師狂熱地投入工作以維持電子指數(shù)成長(zhǎng)；像是國(guó)際半導(dǎo)體技術(shù)藍(lán)圖(International Technology Roadmap for Semiconductors，ITRS)這樣的組織則在幕后運(yùn)作，定義出讓摩爾定律循著軌道前進(jìn)需要被克服的障礙。而摩爾定律的實(shí)現(xiàn)者則是幾乎同時(shí)間由德州儀器(TI) Jack Kilby與Fairchild的Robert Noyce發(fā)明之集成電路(IC)，相關(guān)技術(shù)在Fairchild 的Frank Wanlass于1963年發(fā)明之互補(bǔ)金氧半導(dǎo)體(complementary metal oxide semiconductor，CMOS)邁向成熟。

 

英特爾是1968年在美國(guó)硅谷成立的13家新創(chuàng)公司之一，共同創(chuàng)辦人是Gordon Moore (右)、Robert Noyce (中)與Andy Grove (左)
 

 

摩爾定律自此不只成為電子產(chǎn)業(yè)的標(biāo)竿，也讓幾乎各種其他新產(chǎn)業(yè)陷入了對(duì)于呈指數(shù)性成長(zhǎng)的追求。在電子領(lǐng)域，摩爾定律應(yīng)用于零部件的尺寸、成本、密度以及速度等各方面，包括整體性能、內(nèi)存容量、傳感器靈敏度、頻率速度甚至是影像傳感器芯片的畫(huà)素值。

 

不過(guò)摩爾定律也開(kāi)始在許多領(lǐng)域失效，其中最明顯的是頻率速度在大約2004年左右就停滯在3GHz最大值；其他呈指數(shù)性成長(zhǎng)的領(lǐng)域也開(kāi)始趨緩。事實(shí)上，在上個(gè)月的IEEE期刊《Spectrum》，Moore自己也表示：“我預(yù)見(jiàn)摩爾定律將會(huì)在接下來(lái)十年左右的時(shí)間終結(jié)。”

 

然而其他人卻比Moore自己都樂(lè)觀，包括英特爾表示其FinFET晶|體管將開(kāi)始扭轉(zhuǎn)趨勢(shì)，能解決目前晶|體管尺寸微縮時(shí)的泄漏電流問(wèn)題，并因此能避免制程進(jìn)一步微縮以及阻礙頻率速度提升的熱失控(thermal runway)問(wèn)題。而事實(shí)上，天體物理學(xué)家Lawrence Krauss與Glenn Starkman在Universal Limits of Computation的論文中預(yù)測(cè)摩爾定律的期限是600年；點(diǎn)選此連結(jié)看更多摩爾定律這一路走來(lái)的半導(dǎo)體技術(shù)發(fā)展歷程。