“摩尔定律”这一术语指的是已故的戈登·摩尔于1965年提出的观察结果:高密度集成电路(IC)中的晶体管数量大约每两年翻一番。
摩尔定律基于摩尔的实证观察。微芯片上晶体管数量每年翻一番这一结论,是根据观测数据推导出来的。
随着时间的推移,摩尔定律的具体内容经过了修订,以更好地反映晶体管密度的实际增长情况。倍增周期最初延长至两年,随后缩短至约18个月。然而,摩尔定律的指数增长特性依然持续,为半导体行业创造了长达数十年的巨大机遇。下图展示了摩尔定律真正的指数增长特性。
某函数对数的直线图显示了该函数呈指数增长。该图由英特尔公司提供,详见“摩尔定律”(Intel.com)。
摩尔最初是在1965年为《电子学杂志》撰写的一篇文章中发表了这些观察结果,这些观察结果后来被称为“摩尔定律”。当时他正在飞兆半导体公司工作。该文章的原始草稿可在此处查阅。
据加利福尼亚州山景城的计算机历史博物馆所述,“摩尔定律”这一术语由加利福尼亚州帕萨迪纳市加州理工学院(Caltech)的卡弗·米德教授于1975年左右首创。米德目前担任加州理工学院戈登与贝蒂·摩尔工程与应用科学名誉教授。 米德教授在加州理工学院任教已逾40年。他早期的研究成果为基于摩尔定律预测的先进半导体设计铺平了道路。
半导体工艺技术一直呈日益复杂化的趋势。这一现象正是推动摩尔定律发展的“创新引擎”。近年来,这种复杂性的增长速度正在加快。如今,晶体管已成为三维器件,表现出违背直觉的行为。由于先进工艺技术的特征尺寸极其微小,必须采用多次曝光(多重图案化)技术,才能在硅片上精确复制这些特征。这给设计过程带来了相当大的复杂性。
所有这些复杂性从本质上“放缓”了摩尔定律的步伐。虽然转向新的工艺节点 仍是一种选择,但其极高的复杂性和成本却减缓了迁移的步伐。此外,每项新工艺节点 在集成密度、性能以及功耗降低 方面的提升效果已不再像以往那样显著。半导体工艺技术的演进正逼近分子层面的极限,这正在减缓摩尔定律带来的指数级效益。
摩尔定律放缓的趋势促使许多人提出疑问:“摩尔定律是否终于走到尽头了?”事实上,情况并非如此。尽管摩尔定律仍在推动指数级进步,但取得成果的速度确实变慢了。 然而,技术创新的步伐并未放缓。相反,超互联、大数据和人工智能应用的爆发式增长,不仅加快了创新步伐,也进一步增加了对“摩尔定律式”技术进步的需求。
多年来,制程微缩的复杂性一直推动着摩尔定律以及半导体行业的指数级技术增长。随着单个芯片的微缩速度放缓,该行业正在探索其他创新途径以维持指数级增长,确保技术进步持续推进,并满足未来的需求。