摩尔的法律过时了吗?

经过:乔纳森·斯特里克兰(Jonathan Strickland)

英特尔联合创始人戈登·摩尔(Gordon Moore)是摩尔定律中的摩尔。
AP照片/Paul Sakuma

1965年,该出版物电子产品由Fairchild Semiconductor的研发总监Gordon E. Moore博士撰写。摩尔标题为“将更多组件塞入集成电路上”的文章。他观察到,像Fairchild这样的半导体公司可以每12个月的平方英寸硅上的离散组件数量增加一倍。

这是一种指数增长。1964年制造的平方英寸(6.5平方英尺)芯片的成分数量是一半晶体管- 作为1965年制造的芯片。摩尔预测,这种趋势将无限期地继续,直到芯片制造商遇到阻碍其进度的基本障碍。

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摩尔的观察结果取决于两个重要因素:技术进步和大规模制造的经济学。为了使他的观察保持有效,我们必须创新并找到新的方法,以在芯片上创建越来越小的元素。但是,我们还必须确保制造过程在经济上是可行的,否则将无法支持进一步的发展。

今天,我们称摩尔的观察摩尔定律。尽管有名字,但这并不是真正的法律。宇宙中没有基本规则可以指导在任何给定时间新制作的集成电路的强大程度。但是摩尔的法律已成为一种自我实现的预言,因为芯片制造商一直在努力跟上1965年摩尔博士的预测。无论是出于一种自豪感还是仅仅是在市场上领导市场的愿望,像英特尔这样的公司已经花费了数十亿美元的研发来保持步伐。

那么,这个近50年历史的观察仍然有意义吗?

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量子飞跃

这是最早的晶体管的模型 - 当今的微处理器有数百万甚至数十亿。“width=
这是最早的晶体管的模型 - 当今的微处理器有数百万甚至数十亿。
AP照片/Paul Sakuma

似乎每年都会过去,一些技术专家或记者预测摩尔定律将结束。今天的微处理器上的组件现在在纳米级上 - 这个比例很小,甚至无法使用强大的光学显微镜看到单个元素。物理学在这种规模上的行为不同,量子力学开始接管古典物理学。事情变得很奇怪。

例如,有量子隧道。想象一下电子不是具有定义位置的粒子。相反,这是一个像波浪一样行为的粒子。电子位置的概率在波浪内有所不同。从某种意义上说,波浪看起来像钟形曲线 - 狭窄的末端代表了电子可能(但不可能)的区域。宽的中部代表最有可能找到电子的区域。

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随着这波接近屏障,例如两个导体之间的缝隙,波浪的一端可能会重叠屏障并触摸另一个导体。这意味着电子有可能位于间隙的另一侧。如果有潜力,则意味着有时电子在另一侧。好像电子在障碍物直接穿过。

在一个微处理器,这就是我们所说的坏事。您可以将微处理器视为电子通行的复杂道路系统。微处理器中的晶体管是大门 - 它们控制交通流量。封闭的门不应允许电子通过。但是,如果您的门足够稀薄 - 将这些元素进一步缩小以跟上摩尔定律 - 您会开始遇到诸如电子隧道之类的量子问题。当微处理器在计算中获得错误的结果时,电子泄漏将导致计算机错误。

多年来,工程师已经找到了在纳米级上建造晶体管的新方法,同时最大程度地减少了量子隧道等效果。有时,这涉及在晶体管门内使用不同类型的材料。有时,这意味着创建一个三维门以提高微处理器的效率。这些帮助公司与摩尔法律的预测保持同步。但是,摩尔定律没有消失的另一个原因是,我们一直在摆弄定义。

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重新定义法律

Intel Xeon处理器E7家族死亡,最多有10个核心和26亿晶体管。“width=
Intel Xeon处理器E7家族死亡,最多有10个核心和26亿晶体管。
礼貌英特尔

起初,摩尔定律涵盖了一个非常具体的概念:新制造的集成电路上的离散组件数量每12个月加倍。今天,我们有点笨拙 - 您会听到科技行业的人们说是每18到24个月。而且,我们不仅在谈论芯片上的元素数量。

我们重新介绍摩尔的观察的一种常见方法是说,在给定的时间(通常是18到24个月之间),处理能力微处理器双倍的。这并不一定意味着2012年芯片上的晶体管的两倍是2010年的两倍。相反,我们可能会找到设计芯片以使其更有效的新方法,从而使我们的处理速度提高了而无需指数增长。

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通过重新定义摩尔定律,以便我们正在研究处理能力而不是物理组件,我们扩大了观察的有用性。公司可以将制造技术的进步与更好的微处理器架构设计相结合,以跟上法律。

像作弊一样重新定义摩尔的律法吗?有关系吗?1965年,摩尔预测,如果他的观察成真,1975年制造的芯片将有65,000个晶体管。如今,英特尔建造具有26亿晶体管的处理器[来源:英特尔]。计算机今天的处理速度比几十年前的处理速度要快得多 - 家用PC包与一些早期超级计算机一样大。

查看这个问题的另一种方法是询问它是否与两年前一样强大的计算机是否两倍很重要。如果我们像史蒂夫·乔布斯(Steve Jobs)所建议的那样生活在PC后时代,那么这可能意味着更快的微处理器并不像以前那样重要。我们的设备具有节能和便携,可能更重要。如果是这样,我们可能会看到摩尔的定律结束并不是因为我们达到了某种基本的限制,而是因为继续推动我们能做的事情的界限并不具有经济意义。

计算机购买人群的一些细分市场将继续要求处理最高标准。视频游戏爱好者和与高清媒体一起工作的人需要或渴望获得的所有处理能力。但是我们其他人呢?

即使我们所有的个人计算机都变成了愚蠢的终端,这些终端可以通过云访问所有内容,也需要在某个地方有一个具有功能强大的处理器的计算机。也许我们会看到对摩尔定律的另一个新定义,在处理器的权力加倍之前,提前时间更长。凭借其可变的历史,摩尔的定律似乎会以某种形式或另一种形式延长一段时间。

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作者的笔记

对我来说,摩尔定律最迷人的方面是它对微处理器行业的影响。这是每个人都想实现的目标。它激发了工程师尝试新的方法和材料,而不是冒险落后。最终,这一观察结果指导了该行业,并为PC和PC后时代铺平了道路。

相关文章

来源

  • 计算机历史博物馆。“ 1965年 - '摩尔定律'预测综合电路的未来。”2007。(2012年9月11日)
  • 英特尔。“英特尔Xeon处理器E7-8800/4800/2800产品系列。”(2012年9月13日)
  • 米勒,迈克尔·J。“摩尔的定律仍然适用于桌面速度吗?”向前思考。2012年8月12日。(2012年9月12日)http://forwardthinking.pcmag.com/none/301435-does-moore-s-law-shaw-still-shaplly-apply-papply-to-desktop-sktop-speeds
  • 摩尔,戈登·E。“将更多的组件塞入集成电路上。”电子,卷。38,第8号,1965年4月19日。http://download.intel.com/museum/moores_law/articles-press_releases/gordon_moore_1965_article.pdf
  • 莫塔(Motta),莱昂纳多(Leonardo)。“隧道。”Wolfram研究。2007年。(2012年9月12日)http://scienceworld.wolfram.com/physics/tunneling.html
  • 中殿,R。“障碍穿透”。高物理学。(2012年9月12日)

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