摩爾定律 這是用來指稱已故戈登·摩爾(Gordon Moore)於1965年所提出的觀察結果,即高密度 積體電路 (IC) 中的電晶體數量約每兩年便會翻倍。
摩爾定律是基於摩爾所做的實證觀察。從觀察到的數據中推斷出,微晶片 上的電晶體數量每年會增加一倍。
隨著時間推移,摩爾定律的具體內容經過修訂,以更準確地反映電晶體密度實際的增長趨勢。倍增週期最初延長至兩年,隨後又縮短至約 18 個月。然而,摩爾定律的指數增長特性依然持續,為半導體產業創造了數十年的重大發展契機。下圖闡明了摩爾定律真正的指數增長特性。
某函數的對數若繪製成直線圖,則顯示該函數呈指數增長。此圖由英特爾公司提供,詳見摩爾定律 (Intel.com)。
摩爾最初是在 1965 年為《電子學雜誌》(Electronics Magazine)撰寫的一篇文章中,發表了後來被稱為「摩爾定律」的觀察結果,當時他任職於飛捷半導體(Fairchild Semiconductor)。該文章的原始草稿可在此處查閱。
根據加州山景城電腦歷史博物館的描述,「摩爾定律」一詞是由加州帕薩迪納市加州理工學院(Caltech)教授卡弗·米德(Carver Mead)於約1975年所提出。米德目前擔任加州理工學院戈登與貝蒂·摩爾工程與應用科學名譽教授。 米德教授在加州理工學院任教已逾40年。他早期的研究成果為先進半導體設計鋪平了道路,而這些設計也受益於摩爾定律的預測。
半導體製程技術的複雜性始終在不斷增加。此現象正是推動摩爾定律的「創新引擎」。近年來,複雜性的增長速度更趨加速。如今,電晶體已演變為三維元件,並展現出違反直覺的行為。由於先進製程技術的結構尺寸極為微小,因此必須透過多次曝光(多重圖案化)才能將這些結構精確地重現於矽晶圓上。這使得設計流程的複雜性大幅增加。
所有這些複雜性,實質上已使「摩爾定律」的步伐「放緩」。雖然轉向新的製程節點仍是一種選項,但此舉極高的複雜度與成本已減緩了遷移的步調。此外,就晶片密度、效能及功耗降低而言,每個新的製程節點所帶來的成效已不如以往顯著。半導體製程技術的演進正逐漸逼近分子層面的極限,這也使得摩爾定律所帶來的指數級效益逐漸減緩。
摩爾定律的放緩,促使許多人提出疑問:「摩爾定律是否終於要走到盡頭了?」事實上,情況並非如此。雖然摩爾定律仍持續帶來指數級的進步,但這些成果的實現速度已趨緩。 然而,技術創新的步伐並未放緩。相反地,超連結、大數據與人工智慧應用的爆炸性成長,不僅加速了創新步伐,也進一步增加了對「摩爾定律式」技術進步的需求。
多年來,製程微縮的複雜性一直驅動著摩爾定律,並推動半導體產業實現指數級的技術成長。隨著單一晶片的微縮能力趨緩,該產業正尋求其他創新方法以維持指數級成長,確保技術進步持續推進,並滿足未來的需求。