摩爾定律：始於半導體 終於物理極限？

在信息技術發展浪潮中，浪潮湧起的高度的衡量一度成為業界的「心患」。

換句話說，如何估量信息技術進步的速度成了困擾業內人士許久的難題。

籍此背景之下，英特爾創始人之一戈登·摩爾通過大量數據調研整理，於1965年，正式提出「摩爾定律」。

迄今為止，此定律已歷經了半世紀風雨，對於半導體產業發展，更是產生了不可磨滅的作用。

何為「摩爾定律」?

在文章《讓集成電路填滿更多的組件》中，摩爾預言，半導體晶片中集成的電晶體和電阻數量將每年增加一倍。

隨後不久，摩爾另外撰寫論文聲明，將「每年增加一倍」修改為「每兩年增加一倍」。

詳細地說，摩爾定律即為：當價格不變時，半導體晶片中可容納的元器件數目，約兩年便會增加一倍，其性能也將同比提升。

當然，通過後來數十年的數據證明，半導體晶片中可容納的元器件數目，約18個月便將增加一倍(即摩爾前後預測的平均值)。

對於此，摩爾表示，他並未提過「每18個月增加一倍」推論，而且根據其數據圖顯示，這個變化周期便是24個月。

事實上，作為一種對發展趨勢的分析預測規則，摩爾定律一直在質疑與自我證明中徘徊。

由於集成度與電晶體價格成反比的特性，使得摩爾定律成為了經濟學效益的一種推測手段。

以晶圓廠生產IC為例，在製程技術不斷進步的前提下，每隔18個月，IC的產量將提升一倍，換個角度來看，其成本將降低50%。

與此同時，在半導體行業製程技術發展的過程中，摩爾定律漸漸成為衡量半導體行業發展腳步的一道標杆，如果每個18個月半導體企業的製程工藝未達到摩爾定律預測的數據，那麼對不起，有可能你已經「Out」了(即落後於目前半導體行業的平均水平)，從這方面來看，這種推測方式對於半導體行業的經濟效益研究起到了一種良好的輔助作用。

摩爾定律的質疑與自我證明

迄今為止，摩爾定律「問世」已然五十載有餘，在半導體晶片製程工藝水平飛速提升的同時，人們不禁有些疑問，半導體晶片單位面積可集成的元件數量最終將達到多少?摩爾定律會一直存在下去嗎?

其實，半導體晶片單位面積可集成的元件數量最終將達到多少這個問題並沒有明確的答案，但據專家預測，半導體晶片製程工藝的物理極限為2-3nm，以此推算，摩爾定律似乎也只能「存活」10年之久。

摩爾定律會不會過時?摩爾定律還能生產多久?這個話題已經探討了數十年之久，比如當半導體晶片主流製程技術為90nm時，有人認為45nm將成為物理極限;當製程技術達到45nm時，有的觀點認為22nm將成為極限。

有句俗語叫作「好刀不怕磨」，摩爾定律正是這把好刀。

那麼何為物理極限呢?從技術方面來看，隨著電晶體尺寸的不斷縮小，源極和漏級之間的漏電現像會增大，從而導致電晶體無法正常工作。

基於此環境之下，三星推出的3D電晶體技術，很好的解決了此問題，這也使得製程工藝再進一步，從而逐漸達到如今的10nm。

在今年9月份舉辦的「英特爾精尖製造日」峰會中，英特爾以14nm和10nm製程工藝為例，通過其電晶體密度以及成本對比，再一次體現出了摩爾定律的準確度。

英特爾高級院士、技術與製造事業部製程架構與集成總監Mark Bohr也表示，在技術層面，英特爾依舊堅守Tick-Tock戰略，這也是摩爾定律最好的體現。

摩爾定律的影響

起初，摩爾定律的提出只為預測半導體行業的發展趨勢，但是隨著其在半導體行業的聲名鵲起，外界各行各業對於競相仿效，從而衍生出多版本的「摩爾定律」，其深遠影響使我們的生活獲益良多。

在經濟方面，隨著製程工藝的逐漸提升，電晶體體積也越來越小，但性能卻得到了較大的提升，成本也隨之不斷降低。

在技術方面，摩爾的推演總結將複雜、昂貴的計算普及為生活的必需品，從數據分析，目前這些的創新都源於摩爾的發現。

在社會影響方面，計算的普及改變了我們的生活方式，也推動了科技以及社會的發展，這對於各行各業來說，都是一大幸事。

摩爾定律會否消亡?

事實上，自摩爾定律被推出後，其存亡時間一直是業界所爭論不休的話題。

以如今來說，當半導體行業無數業內人士發聲表示，摩爾定律將消亡時，科技界卻爆出一則驚人消息：1nm製程工藝「問世」。

這則消息是由勞倫斯伯克利國家實驗室傳出的，其實驗室研究人員阿里·加維表示：「此項研究說明，我們的電晶體將不再局限5nm柵極，如果使用適當的半導體材料，摩爾定律將繼續有效。

」

據了解，加維所說的適當的半導體材料為二硫化鉬，矽材料在柵極長度為5nm甚至更長時，其優勢相當明顯，但其柵極長度在5nm之下時，將會產生「隧道效應」，從而阻止電流從源極流向漏極。

這種情況將會使電子失控，無法達到我們想要的效果。

而二硫化鉬則有所不同，在此環境之下，它流動的電子更重，所以可以通過更短的柵極來控制電流從源極流向漏極。

通過一系列實驗測試，勞倫斯伯克利國家實驗室研究人員摒棄傳統的光刻技術，選擇1nm的碳納米管作為柵極，從而更好的配合二硫化鉬電晶體控制其電子流動。

這則實驗研究成果再次證明了摩爾定律依舊存在，而從目前來看，似乎摩爾定律的消亡直接取決於半導體晶片製程工藝的物理極限。

如果半導體晶片製程工藝未達極限，那麼摩爾定律將一直「活著」。

其實，摩爾定律雖然源於半導體行業，但並不會終止於半導體行業，其思想與觀點奠定了所有現代技術豐富的基礎，其創新的相關產品已經完美的與我們生活融合在一起。

未來，它將代表一種趨勢一直存在於物聯網、醫療以及教育等各個領域。