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  “摩尔定律”准确预测半导体集成化趋势 孙佃香  
 

“摩尔定律”是英特尔公司创始人之一戈登·摩尔在1965年提出的半导体芯片集成化趋势的预测,其中心内容是半导体芯片上集成的晶体管和电阻数量将每年翻一番,1975年他又提出修正说,芯片上集成的晶体管数量将每两年翻一番。当时集成电路刚刚问世,摩尔的实验室也只能将50只晶体管和电阻集成在一个芯片上。摩尔的预测听起来好像是科幻小说,但此后的实践却证明摩尔的预言是准确的。40年来晶体管集成的数量确实是每18至24个月翻一番,到目前为止,最先进的集成电路已含有17亿个晶体管。 半导体技术的迅猛发展推动了整个高科技技术产业的发展,给千家万户的生活带来了巨大的变化。

这40年里,计算机从神秘昂贵的庞然大物变成多数人都不可或缺的工具。从最早的机械计算机到电子管计算机,人类借助机器进行运算的初衷由来已久,而直到晶体管被发明出来,计算机才找到了腾飞的起点。然而,尽管晶体管的采用大大缩小了计算机的体积、降低了价格 、减少了故障 ,但离实际需要仍相距甚远,1958 年9 月12 日,集成电路在Intel 公司诞生。集成电路的发明为现代计算机铺平道路。晶体管的高集成度不仅使计算机的体积得以减小,也使速度加快、故障减少。1978 年6 月8 日Intel公司发布的16 位微处理器8086集成了29000 个晶体管。随后Intel公司推出的8088,80286,80386等,就是我们平常说的286机,386机,集成度越来越高,到1989 年4 月10 日发布的80486 ,即486机,处理器已经集成了120 万个晶体管。集成度的提高,大大提高了运算速度,同时存储容量也大幅度增加。而这些都为视窗化操作系统WINDOWS的开发提供了条件。WINDOWS操作系统的推出使电脑的应用从繁杂而枯燥的DOS命令下解放出来,从而使计算机的应用由只限于专业人员转而向大众普及。如今,图形化的、可见即可得的WINDOWS操作界面使任何愿意学习使用电脑的人都能轻而易举地使用电脑,电脑真正成了大众化的工具。

人们把“摩尔定律”看成芯片业发展的圣经。随着时间的推移,“摩尔定律”适用的范围已经超越了单纯的芯片,从个人电脑到手机产品,再到媒体播放器,几乎任何与半导体技术沾边的产品都适用于摩尔定律。而伴随着晶体管集成度的提高,电子产品的价格却大幅度下降,这就是“摩尔定律的边界定律”, 此定律表示:在保持同等性能的前提下,数字产品的售价以每年30%到40%的幅度下滑。这也就是为什么同样性能和配置的计算机,三年前售价为7000元,如今只要3000多元就能买到。数字产品技术的提高和价格的降低使普通百姓都能享受到高科技的成果,如今我们不仅可以方便快捷地使用计算机,上网浏览和获取浩如烟海的信息,还可以观看数码电视清晰优美的画面,外出携带着小巧的MP3播放器欣赏悦耳动听的音乐等等,而这些东西几十年前还不曾出现,当我们由衷的感叹科技的发展给我们生活带来的便利时,我们知道实现这一切背后的动力都是半导体芯片,如果按照旧有方式将晶体管、电阻和电容分别安装在电路板上,那么不仅个人电脑和移动通信不会出现,物美价廉的家用电器也不会如此普及,而基因组研究及计算机辅助设计和制造等新科技更不可能问世。

毫无疑问,“摩尔定律”对整个世界意义深远。在回顾40年来半导体芯片业的进展并展望其未来时,信息技术专家们认为,在今后几年里,“摩尔定律”可能还会适用。但随着晶体管电路的尺寸接近纳米级,不仅芯片发热等副作用逐渐显现,电子的运行也难以控制,半导体晶体管将不再可靠。“摩尔定律”肯定不会在下一个40年继续有效。芯片厂商必须考虑替代产品。英特尔公司技术战略部认为,到2015年左右,部分采用了纳米导线等技术的“混合型”晶体管将投入生产,逐渐取代半导体晶体管。还有一些专家指出,半导体晶体管可以继续发展,直到其尺寸的极限——4到6纳米之间,那时新材料将会出现。

当然,即使“摩尔定律”不再适用,信息技术前进的步伐也不会变慢。


 
   
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