IT產(chǎn)業(yè)第一定律:摩爾定理 1965年4月,美國《Electronics(電子學(xué))》雜志刊登了一篇并不起眼的文章,文章提出“當(dāng)電路所包含的元件數(shù)目上升時(shí),單位成本就會下降”的規(guī)律,并預(yù)言微處理器芯片的電路密度每隔一年將翻番。文章作者戈登·摩爾(Gordon E. Moore)當(dāng)時(shí)任Fairchild半導(dǎo)體公司研發(fā)部主任。摩爾做夢也不會想到三年后,由他合作創(chuàng)辦的英特爾(Intel)公司會成為世界的頂級企業(yè),而那則名不見經(jīng)傳的預(yù)言也逐步演化為一則業(yè)界公認(rèn)的定律,領(lǐng)跑全球計(jì)算機(jī)業(yè)發(fā)展四十年。 從概念到理論 1929年,戈登·摩爾出生于美國的一個臨海小鎮(zhèn)。出于對化學(xué)的喜愛,踏上求學(xué)之路后摩爾一口氣拿下了物理化學(xué)博士學(xué)位。1956年,摩爾進(jìn)入肖克利實(shí)驗(yàn)室,開始了向計(jì)算機(jī)領(lǐng)域的轉(zhuǎn)型。摩爾性情沉著平靜,思路活躍敏捷,對于科研工作中遇到的難題他總能找到最有效的解決方案。 進(jìn)入20世紀(jì)60年代,集成電路的發(fā)展剛剛邁出蹣跚的腳步。1965年的一天,摩爾無意中拿出尺子畫了張草圖,他突然發(fā)現(xiàn),如果縱軸代表芯片的增長情況,橫軸為時(shí)間,那么畫出的曲線會延伸呈現(xiàn)很有規(guī)律的幾何增長。由此,摩爾做出一個大膽的預(yù)言:“當(dāng)電路所包含的元件數(shù)目上升時(shí),單位成本就會下降。到1975年,在單塊硅芯片上面會被塞進(jìn)去6.5萬個元器件。”而在當(dāng)時(shí),同樣大小的一塊芯片只能容納60個元件。摩爾的發(fā)現(xiàn)發(fā)表在當(dāng)年第35期《電子》雜志上,文章強(qiáng)調(diào):工藝技術(shù)的進(jìn)步使計(jì)算機(jī)性能保持幾何級數(shù)增長,這種增長非常有規(guī)律,微處理器芯片的電路密度以及它潛在的計(jì)算能力每隔一年會翻番。 1971年,英特爾公司生產(chǎn)出第一個芯片4004,內(nèi)含2300個晶體管,其后英特爾8080接踵而來,其內(nèi)部集成晶體管個數(shù)翻了一番,達(dá)到5000個。不過,這與摩爾最初的預(yù)言還存在一定差距。為了保證計(jì)算的精確性,1975年摩爾對這一規(guī)律進(jìn)行了修正,將翻番的時(shí)間從一年調(diào)整為兩年。其后這一時(shí)間又被調(diào)整為兩者的平均值:18個月。 摩爾發(fā)現(xiàn)的規(guī)律像一個神奇的咒語,被其后數(shù)十年芯片發(fā)展的實(shí)際情況所驗(yàn)證,人們稱它為信息產(chǎn)業(yè)中的“摩爾定律”。 英特爾也在“摩爾定律”為中心的研發(fā)方向下,成就了自己的一番霸業(yè)。 挑戰(zhàn)極限 20世紀(jì)60年代,美國物理學(xué)家理查德·費(fèi)曼卻提出一個另類的想法:如果我們從米出發(fā),向微觀世界挺進(jìn),人類的工程完全可以向下延伸九個量級,即納米。 摩爾定律下的集成電路世界其實(shí)就是人們向微觀世界發(fā)起挑戰(zhàn)的嘗試。根據(jù)這一定律計(jì)算,到2010年,一個芯片上晶體管的數(shù)量將超過十億個。為了在單位面積的芯片上集成更多的晶體管元件,就要求不斷地提高微加工的技術(shù)。除了不斷減小元器件尺寸,還必須通過線路設(shè)計(jì)來解決增加功能、減少功耗與散熱的問題。 由于制造晶體管使用的材料(金屬氧化物、硅、金屬電極)自身的物理特性,決定了這種形式的晶體管的尺寸下限,因此隨著Intel一輪又一輪的新主頻CPU問世,這種結(jié)構(gòu)的尺度潛力也即將被壓榨干凈。除了開發(fā)出新型材料,CPU的制造工藝也在不斷地改進(jìn)。從早期的0.35微米,逐步升級為0.28微米、0.18微米、0.13微米再到現(xiàn)在的90納米,以及未來的65納米。根據(jù)最新的資料,將于2005年底量產(chǎn)的英特爾“安騰”系列“Montecito”處理器,其內(nèi)部將集成17億個晶體管。 摩爾定律是否會遭遇技術(shù)極限?有專家預(yù)測當(dāng)制造芯片的技術(shù)達(dá)到線寬30納米時(shí),現(xiàn)有技術(shù)可能難以繼續(xù)發(fā)展。然而,取代目前集成電路制造技術(shù)的納米技術(shù)至今仍未發(fā)展成熟,這將預(yù)示著摩爾定律的終結(jié)。 摩爾定律一直直接主導(dǎo)了PC的升級換代,也間接主導(dǎo)整個IT產(chǎn)業(yè)的升級換代。隨著人們消費(fèi)觀念的更新,以“摩爾定理”為核心,速度至上、主頻為王的時(shí)代似乎已經(jīng)走到了盡頭。(電腦虎) 摩爾定理的創(chuàng)始人——戈登·摩爾 摩爾定理一直以來主導(dǎo)著行業(yè)的發(fā)展
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