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摩尔法则:引领半导体技术发展五十年

2015-04-27 10:24:00 环球网 吴斌 分享
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今年是摩尔法则(Moore’s law)问世50周年,这一法则的诞生是半导体技术发展史上的一个里程碑。50年来,摩尔法则不仅揭示了信息技术进步的速度,而且还揭示了计算机学科的内涵及其发展规律。科技界和企业界日前在美国加州山景城计算机历史博物馆为此举办了一场隆重的纪念活动。

摩尔法则是由美国英特尔公司三个联合创始人之一戈登·摩尔(Gordon Moore,1929-)于1965年提出的。当时,任硅谷仙童半导体公司研发总监的摩尔在《电子学》(Electronics)杂志上发表论文预言,计算机芯片上集成的晶体管数目将每年增加一倍而芯片成本将维持不变,性能也将提升一倍;这种趋势将会持续10年。到了1975年,他在电气和电子工程师协会(IEEE)的学术年会上提交论文再次预言,硅芯片上的晶体管数目现在将每两年增加一倍,因为在一个芯片上填充更多晶体管的成本在不断上涨;但是那一趋势一直持续到了今天,因为从上世纪60年代末期起,晶体管的成本就已经大大地下降了。值得指出的是,摩尔法则并不是物理法则,也不是一个科学理论,而是对发展趋势的一种分析预测。

当摩尔提出这一法则时,集成电路问世刚刚6年;他所在的实验室也只能将50个晶体管和电阻集成在一个芯片上。摩尔当时的预测非常具有前瞻性。在计算机的发展过程中,50年来的事实证明,摩尔的预言总是准确的;目前英特尔的芯片已拥有数十亿个晶体管。尽管翻一番的周期已经从最初的1年增加到了如今的两年,但摩尔法则依然有效, 而且成为推动计算机芯片业发展的一大动力。

这50年里,摩尔法则成为了信息技术发展的指路明灯。计算机从神秘不可近的庞然大物变成多数人都不可或缺的工具,信息技术由实验室进入无数个普通家庭,因特网将全世界联系起来,多媒体视听设备丰富着每个人的生活。这一法则决定了信息技术的变化在加速,产品的变化也越来越快。人们已看到,技术与产品的创新大致按照它的节奏,超前者多数成为先锋,而落后者容易被淘汰。

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,连基因组研究、计算机辅助设计和制造等新科技更不可能问世。有关专家指出,摩尔法则已不仅仅是针对芯片技术的法则;不久的将来,它有可能扩展到无线技术、光学技术、传感器技术等领域,成为人们在未知领域探索和创新的指导思想。

由于芯片技术的快速发展, 摩尔法则受到了一定的限制,主要包括随着更多的晶体管被装入芯片当中就会出现电子能量外泄和热量散发的现象。摩尔曾经表示, 随着越来越多的集成电路被集中到小小的空间之内,设计人员必须集中精力研究克服能量外泄和减少散热的课题。

毫无疑问,摩尔法则对整个世界意义深远。不过,随着晶体管电路逐渐接近性能极限,这一法则将会走到尽头。摩尔法则何时失效?专家们对此众说纷纭。早在1995年在芝加哥举行信息技术国际研讨会上,美国科学家和工程师杰克·基尔比表示,5纳米处理器的出现或将终结摩尔法则。中国科学家和未来学家周海中在此次研讨会上预言,由于纳米技术的快速发展,30年后摩尔法则很可能就会失效。2012年,日裔美籍理论物理学家加来道雄在接受智囊网站采访时称,“在10年左右的时间内,我们将看到摩尔法则崩溃。”前不久,摩尔本人认为这一法则到2020年的时候就会黯然失色。一些专家指出,即使摩尔法则寿终正寝,信息技术前进的步伐也不会变慢。

不管怎样,摩尔法则50年来一直引领着信息技术向前发展,而整个科技进程也沿着它的预测前进。摩尔所作出卓越的丰功伟绩已载入世界科技史册,并将永远激励人们科技创新,使生活变得更加美好。(作者:吴斌博士 美国纽约大学理工学院) 

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