摩爾定律概述

摩爾定律是由英特爾（Intel）創始人之一戈登·摩爾（GordonMoore）提出來的。其內容為：當價格不變時，集成電路上可容納的元器件的數目，約每隔18-24個月便會增加一倍，性能也將提升一倍。換言之，每一美元所能買到的電腦性能，將每隔18-24個月翻一倍以上。這一定律揭示了信息技術進步的速度。

盡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。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，之后的時間里晶體管數量密度預計只會每三年翻一番。

摩爾定律算定律嗎

摩爾定律是歪歪出來的，不是一個科學上的嚴格定律。更多是和云計算等，半導體產業為了自己發展忽悠出來的。

“摩爾定律”：集成電路會在每18個月內提升一倍的集成度。這句話其實是摩爾在吃火雞時隨口說的一句玩笑話，沒想到被米德吹噓后，竟成為金科玉律。

米德吹捧摩爾定律，自有他的如意算盤，一是因為他和摩爾是加州理工的師兄弟鐵哥們，二是因為當時的Intel已是大公司，米德得從Intel套取科研經費。摩爾嘛，估計心里正美著呢，沒想到自己因為想法子如何往火雞里塞更多的佐料，竟然還想成了個定律！說起米德，他之所以能名垂青史，則一定要感謝“***”里的“糠”了。

摩爾定律的由來詳解

“摩爾定律”的“始作涌者”是戈頓摩爾，大名鼎鼎的芯片制造廠商 Intel 公司的創始人之一.20 世紀 50 年代 末至用年代初半導體制造工業的高速發展，導致了“摩爾定律”的出臺。

早在 1959 年，美國著名半導體廠商仙童公司首先推出了平面型晶體管，緊接著于 1961 年又推出了平面型 集成電路。這種平面型制造工藝是在研磨得很平的硅片上，采用一種所謂“光刻”技術來形成半導體電路的 元器件，如二極管，三極管，電阻和電容等。只要“光刻”的精度不斷提高，元器件的密度也會相應提高， 從而具有極大的發展潛力。因此平面工藝被認為是“整個半導體工業鍵”，也是摩爾定律問世的技術基礎。

1965 年 4 月 19 日，時任仙童半導體公司研究開發實驗室主任的摩爾應邀為《電子學》雜志 35 周年專刊 寫了一篇觀察評論報告，題目是：“讓集成電路填滿更多的元件”。摩爾應這家雜志的要求對未來十年間半 導體元件工業的發展趨勢作出預言。據他推算，到 1975 年，在面積僅為四分之一平方英寸的單塊硅芯片 上，將有可能密集 65000 個元件。他是根據器件的復雜性（電路密度提高而價格降低）和時間之間的線性 關系作出這一推斷的，他的原話是這樣說的：“最低元件價格下的理雜性每年大約增加一倍。

可以確信，短期內這一增長率會繼續保持。即便不是有所加快的話。而在更長時期內的增長率應是略有波動，盡管役有 充分的理由來證明，這一增長率至少在未來十年內幾乎維持為一個常數。”這就是后來被人稱為“摩爾定律” 的最初原型。

摩爾定律演化

摩爾定律的響亮名聲，令許多人競相仿效它的表達方式，從而派生、繁衍出多種版本的“摩爾定律”，其中如：

摩爾第二定律：摩爾定律提出30年來，集成電路芯片的性能的確得到了大幅度的提高；但另一方面，Intel高層人士開始注意到芯片生產廠的成本也在相應提高。1995年，Intel董事會***羅伯特·諾伊斯預見到摩爾定律將受到經濟因素的制約。同年，摩爾在《***》雜志上撰文寫道：“現在令我感到最為擔心的是成本的增加，…這是另一條指數曲線”他的這一說法被人稱為摩爾第二定律。

新摩爾定律：近年來，國內IT專業媒體上又出現了“新摩爾定律” 的提法，則指的是我國Internet聯網主機數和上網用戶人數的遞增速度，大約每半年就翻一番！而且專家們預言，這一趨勢在未來若干年內仍將保持下去。

摩爾定律的時效探討

在 40 年來，我們可以看到由于摩爾定律的實現，使我們能以極低的價格獲得非常高性能的產品。比 如說在 1971 年，英特爾第一代微處理器有 2300 個晶體管，到 2007 年我們 45 納米處理器含有 8 億多個晶 體管。這僅相當于 1968 年每個晶體管價格的百萬分之一，就是因為摩爾定律以極低的價格帶來極高性能的 產品才刺激了整個電子工業的發展，才有今天我們討論的為什么 IP 地址不夠的問題。

同時，摩爾定律整個改變了 IT 界和通信界的格局。比如講我們都知道在通信領域有華為、中興這樣 率先崛起的中國的企業。他們在通信領域里是具有舉足輕重的地位。為什么華為和中興能夠在通訊領域崛 起？而我們沒有看到同樣的企業，比如說在汽車工業里面出現。我覺得很大的原因是因為摩爾定律它改變 了通訊領域在硬件成本方面的門檻，使得在今天不需要很多的資金成本，不需要很復雜的努力，是個人就 可以做個交換機，是個人都可以做一部手機，做得好與不好是另外的事。這種情況在沒有摩爾定律的時候 是很難想象的。

幾十年之前的時候，世界上只有少數 幾個廠家是可以做一臺交換機的。今天遠遠不是這樣的格局。這很大的原因是因為摩爾定律，換句話說， 今天的汽車行業里還沒有一個像華為、中心這樣的產業出現，是不是可以歸結為在汽車行業里沒有類似于 摩爾定律的定律。在 40 年當中不斷有人在問，我們需要那么多的計算能力嗎？摩爾定律還能走多遠呢？ 我們生活在數字化的世界，一個 MP3 的文件大小月為 3MB 相當于 2400 萬個 0 和 1。我們看到在目 前為止，我們沒有看到人類對于計算能力的渴求得到滿足，這是全球人新增的計算能力到了 2602MIPS/p， 有人懷疑我們的計算能力的話，可以看看打開筆記本和關閉筆記本要花費多少的時間才能真正打開、關閉 就能知道具體的答案。

還有，我們認為未來的互聯網將是嵌入式的互聯網。最開始的時候是人機對話，可以說地址是以人 為人口單位的。今后不斷地發展，由于摩爾定律的不斷應用，大量的對話像我們知道的不再是需要人的對 話了，這才有我們今天討論的 IP 地址不夠用的問題。

我們認為在將來，可能會有 150 億個互聯網的設備需要在和網絡上連接。從這里來看，更多的設備 意味著有更多的晶體管。到 2004 年來講，全球人均擁有晶體管的數量已經達到了 5 千億個晶體管人均。所 以，我們認為高的計算量的需求遠遠沒有達到極限。

同時，我們也認識到并不是在每一個場合都需要這么高的計算量。但在我們追求摩爾定律的時候發 現，當我們不斷縮小集成電路晶體管體積的時候，我們還發現帶來了其它的新的很好的性能。比如說在 20 05 年的時候，我們把集成電路用 65 納米縮小到 45 納米到 2007 年的時候，我們發現不僅僅是晶體管的密 度提高了兩倍，切換速度提高了 20%以上，切換的功能降低了 30%以上，源極漏極漏電功能降低 5 倍以上， 這才使移動互聯網成為了可能。

摩爾定律不會過時，摩爾定律還能走多遠呢？這個問題在過去的 40 年來不斷地被人問到。比如說我 們做到 130 納米的時候，當時的觀點是認為 90 納米是極限了，當我們突破 90 納米做到 45 納米的時候，有 人講 45 納米是極限了，所有的預言被證明是不正確的。摩爾定律到底能走多遠呢？

我們看到隨著晶體管尺寸的不斷縮小，傳統的技術帶來了極限。其中有一個漏電。當晶體管的尺寸 不斷縮小的時候，我們發現源極和漏極之間的漏電現象很大。要克服這個現象，就是要有更有效的控制， 在多晶硅柵極方面有更多的控制，所以要求在柵極管厚度做得很好。這帶來了柵極漏電的問題，這是逐漸 縮小很大漏洞的瓶頸。

在英特爾來講，經過我們不斷地努力、試驗、創新，終于我們在材料方面取得了很大的突破。我們 發現了可以采用高 K 介質和金屬柵極來實現突破技術。用摩爾先生的話來講，是采用高-K 介質和金屬柵極 材料，是上個世紀晶體管材料的重大突破，正因為有了這樣的重大突破，我們可以由 65 納米做到 45 納米 甚至更低。其他的廠家沒有掌握這樣的技術，從 65 做到 45 的時候，仍然是采用了演進工藝，作為演進性 質的產品，而不是我們作為革命性質的產品。

采用高 K 柵介質的工藝至少使摩爾定律至少延長 10 年。在 2011 年的時候，我們采用原來的功率可 以做到 130 納米，2003 年的時候 90 納米，2005 年的時候做到 65 納米，采用高 K 介質的話，我們 2007 年 可以做到 45 納米，今天可以做到 32 納米。

實際上摩爾定律的難度有多大，有的廠商說我可以做到 45 納米等等，在實驗室集成晶圓上做到一個 是一回事，要做到很高的成品率又是另外一回事。在英特爾來講，這個曲線，曲線越低說明不良品率越來 越低，或者是成品率越來越高。可以看到在英特爾來講，我們 65 納米的不良頻率要低于 90 納米，而 45 不 良品率要低于 65 納米。這個曲線非常陡，英特爾在很短的時間里讓產品的不良率極大地降低。今天英特爾 的 45 納米已經成熟，從 2009 年第四季度開始我們將進入新一代 32 納米的工藝技術。

除了工藝的發展技術之外，在這里要有六項核心技術，其中包括半導體工藝技術、產品設計技術， 設計工具，制造流程、掩模技術和封裝技術。舉封裝技術，在一個小的米粒里面會出現上千個管腳，這怎 么封裝起來是核心技術。英特爾具有在所有六項技術里都有自己的核心競爭力，掌握了所有六項的關鍵技 術。

除此之外，英特爾作為創新者來講，是以超越自我為目標的。剛才我講到了每兩年之中，我們的制 成技術會有突破到下一代。每兩年之間，我們會更新我們微體系的結構，就像鐘擺模式。2006 年的時候， 我們在 65 納米引進微體系結構。下一年我們在相同的微體系結構下會從 65 納米變成 45 納米，再過一年在 45 納米不變的情況下 2008 年我們引進 Nehalem 的結構，在這樣的情況之下，我會把 45 納米變成 32 納米， 不停的創新與發展。

今年在全球金融風暴、金融海嘯一遍簫條的時候，今年 2 月份英特爾宣布投資 70 億美金開工 32 納 米的晶圓廠。2 月份的時候，美國總統奧巴馬聽到消息之后，打電話到英特爾的總裁 P 的旅館，奧巴馬總 統對我們的 CEO 講，我就任以來，唯一聽到一個正面的消息。奧巴馬總統感謝英特爾在這個時候能夠為未 來做出投資。具體來講，在左邊左上角的圖，我們在 D1D 的工廠，現在已經在生產 32 納米的設備。接下 來在 2009 年第四季度的時候，我們另外一個工廠也在俄勒岡州 D1C 升級到 32 納米。接下來在亞利桑那州 的 Fab 做 32 納米。接下來是在新墨西哥州 Fab 做 11X，我們最小會升級到 22 納米的工廠。所以我們在不 斷地創新。在技術創新的過程當中，挑戰越來越難，資金的成本也越來越多，門檻也越來越高。目前為止 英特爾是世界上唯一一家開工做 32 納米的。

在 2009 年的時候，我們現在已經完成了 32 納米的 開發工作。接下來又根據我們現在的技術，我們可以看得到的，我們在 2011 年可以做到 22 納米。22 納米 就是跟病毒的尺寸是一樣的，然后繼續在 2013 年可做到 16 納米，2015 年可以做到 11 納米，這是什么概 念，在晶體管的大小，柵極的距離可以排列 50 個硅原子那么大，再往下做會遇到新的挑戰。目前為止我們 看到硅或者是場效應管仍然是最好的電子邏輯設備。在 2010 年之后，我們需要探討的是如果硅已經不足以 支持我們不斷地創新，不斷地往下走的話，會不會有其它的原材料來代替硅。或者是最根本的問題，我們 所做的一切，無非是 01 的兩個狀態，我們選擇了半導體來代表兩個狀態。比如說可以不可以用由其它的來 代表呢？所以這是我們不斷創新的里程。 可以看到摩爾定律是驅動移動互聯網的源動力，或者是催動 IPv6 的源動力。 從英特爾來講過去 40 年是不斷創新的 40 年，是美好的 40 年，因為英特爾有今天 40 年的歷史。但 是過去的 40 年并不是最好的 40 年，因為對于一個創新者來講，最好的 40 年永遠是下一個 40 年。