"摩尔定律"的"始作涌者"是戈顿摩尔,大名鼎鼎的芯片制造厂商 Intel 公司的创始人之一.20 世纪 50 年代 末至用年代初半导体制造工业的高速发展,导致了"摩尔定律"的出台.

　　早在 1959 年,美国着名半导体厂商仙童公司首先推出了平面型晶体管,紧接着于 1961 年又推出了平面型 集成电路.这种平面型制造工艺是在研磨得很平的硅片上,采用一种所谓"光刻"技术来形成半导体电路的 元器件,如二极管,三极管,电阻和电容等.只要"光刻"的精度不断提高,元器件的密度也会相应提高, 从而具有极大的发展潜力.因此平面工艺被认为是"整个半导体工业键",也是摩尔定律问世的技术基础.

　　1965 年 4 月 19 日,时任仙童半导体公司研究开发实验室主任的摩尔应邀为《电子学》杂志 35 周年专刊 写了一篇观察评论报告,题目是:"让集成电路填满更多的元件".摩尔应这家杂志的要求对未来十年间半 导体元件工业的发展趋势作出预言.据他推算,到 1975 年,在面积仅为四分之一平方英寸的单块硅芯片 上,将有可能密集 65000 个元件.他是根据器件的复杂性(电路密度提高而价格降低)和时间之间的线性 关系作出这一推断的,他的原话是这样说的:"元件价格下的理杂性每年大约增加一倍.可以确信,短 期内这一增长率会继续保持.即便不是有所加快的话.而在更长时期内的增长率应是略有波动,尽管役有 充分的理由来证明,这一增长率至少在未来十年内几乎维持为一个常数."这就是后来被人称为"摩尔定律" 的最初原型.

　　摩尔定律的响亮名声,令许多人竞相仿效它的表达方式,从而派生,繁衍出多种版本的"摩尔定律",其中 如:

　　摩尔第二定律:摩尔定律提出 30 年来,集成电路芯片的性能的确得到了大幅度的提高;但另一方面,Intel 高层人士开始注意到芯片生产厂的成本也在相应提高.1995 年,Intel 董事会主席罗伯特诺伊斯预见到摩 尔定律将受到经济因素的制约.同年,摩尔在《经济学家》杂志上撰文写道:"现在令我感到最为担心的是 成本的增加,…这是另一条指数曲线".他的这一说法被人称为摩尔第二定律.

　　新摩尔定律:近年来,国内 IT 媒体上又出现了"新摩尔定律" 的提法,则指的是我国 Internet 联网主机 数和上网用户人数的递增速度,大约每半年就翻一番!而且专家们预言,这一趋势在未来若干年内仍将保 持下去.

　　摩尔定律问世至今已近 40 年了.人们不无惊奇地看到半导体芯片制造工艺水平以一种令人目眩的速度提 高.目前,Intel 的微处理器芯片 Pentium 4 的主频已高达 2G(即 1 2000M) ,2011 年则要推出含有 10 亿 个晶体管,每秒可执行 1 千亿条指令的芯片.人们不禁要问:这种令人难以置信的发展速度会无止境地持 续下去吗?

　　不需要复杂的逻辑推理就可以知道:芯片上元件的几何尺寸总不可能无限制地缩小下去,这就意味着,总 有一天,芯片单位面积上可集成的元件数量会达到极限.问题只是这一极限是多少,以及何时达到这一极 限. 业界已有专家预计, 芯片性能的增长速度将在今后几年趋缓. 一般认为, 摩尔定律能再适用 10 年左右. 其制约的因素一是技术,二是经济.

　　从技术的角度看,随着硅片上线路密度的增加,其复杂性和差错率也将呈指数增长,同时也使全面而彻底 的芯片测试几乎成为不可能.一旦芯片上线条的宽度达到纳米(10-9 米)数量级时,相当于只有几个分子 的大小,这种情况下材料的物理,化学性能将发生质的变化,致使采用现行工艺的半导体器件不能正常工 作,摩尔定律也就要走到它的尽头了.

　　从经济的角度看,正如上述摩尔第二定律所述,目前是 20-30 亿美元建一座芯片厂,线条尺寸缩小到 0.1 微米时将猛增至 100 亿美元,比一座核电站投资还大.由于花不起这笔钱,迫使越来越多的公司退出了芯 片行业.看来摩尔定律要再维持十年的寿命,也决非易事.

　　然而,也有人从不同的角度来看问题.美国一家名叫 CyberCash 公司的总裁兼 CEO 丹林启说,"摩尔定 律是关于人类创造力的定律,而不是物理学定律".持类似观点的人也认为,摩尔定律实际上是关于人类信 念的定律,当人们相信某件事情一定能做到时,就会努力去实现它.摩尔当初提出他的观察报告时,他实 际上是给了人们一种信念,使大家相信他预言的发展趋势一定会持续.

　　“摩尔定律”归纳了信息技术进步的速度。这40年里，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，基因组研究到计算机辅助设计和制造等新科技更不可能问世。

　　“摩尔定律”还带动了芯片产业白热化的竞争。在纪念这一定律发表40周年之时，作为英特尔公司名誉主席的摩尔说：“如果你期望在半导体行业处于地位，你无法承担落后于摩尔定律的后果。”从昔日的仙童公司到今天的英特尔、摩托罗拉、先进微设备公司等，半导体产业围绕“摩尔定律”的竞争像大浪淘沙一样激烈。

　　毫无疑问，“摩尔定律”对整个世界意义深远。在回顾40年来半导体芯片业的进展并展望其未来时，信息技术专家们说，在今后几年里，“摩尔定律”可能还会适用。但随着晶体管电路逐渐接近性能极限，这一定律终将走到尽头。“摩尔定律”何时失效？专家们对此众说纷纭。

　　美国惠普实验室研究人员斯坦·威廉姆斯说，到2010年左右，半导体晶体管可能出现问题，芯片厂商必须考虑替代产品。英特尔公司技术战略部主任保罗·加吉尼则认为，2015年左右，部分采用了纳米导线等技术的“混合型”晶体管将投入生产，5年内取代半导体晶体管。还有一些专家指出，半导体晶体管可以继续发展，直到其尺寸的极限——4到6纳米之间，那可能是2023年的事情。

　　在 40 年来，我们可以看到由于摩尔定律的实现，使我们能以极低的价格获得非常高性能的产品。比 如说在 1971 年，英特尔代微处理器有 2300 个晶体管，到 2007 年我们 45 纳米处理器含有 8 亿多个晶 体管。这仅相当于 1968 年每个晶体管价格的百万分之一，就是因为摩尔定律以极低的价格带来极高性能的 产品才刺激了整个电子工业的发展，才有今天我们讨论的为什么 IP 地址不够的问题。

　　同时，摩尔定律整个改变了 IT 界和通信界的格局。比如讲我们都知道在通信领域有华为、中兴这样 率先崛起的中国的企业。他们在通信领域里是具有举足轻重的地位。为什么华为和中兴能够在通讯领域崛 起？而我们没有看到同样的企业，比如说在汽车工业里面出现。我觉得很大的原因是因为摩尔定律它改变 了通讯领域在硬件成本方面的门槛，使得在今天不需要很多的资金成本，不需要很复杂的努力，是个人就 可以做个交换机，是个人都可以做一部手机，做得好与不好是另外的事。这种情况在没有摩尔定律的时候 是很难想象的。

　　几十年之前的时候，世界上只有少数 几个厂家是可以做一台交换机的。今天远远不是这样的格局。这很大的原因是因为摩尔定律，换句话说， 今天的汽车行业里还没有一个像华为、中心这样的产业出现，是不是可以归结为在汽车行业里没有类似于 摩尔定律的定律。在 40 年当中不断有人在问，我们需要那么多的计算能力吗？摩尔定律还能走多远呢？ 我们生活在数字化的世界，一个 MP3 的文件大小月为 3MB 相当于 2400 万个 0 和 1。我们看到在目 前为止，我们没有看到人类对于计算能力的渴求得到满足，这是全球人新增的计算能力到了 2602MIPS/p， 有人怀疑我们的计算能力的话，可以看看打开笔记本和关闭笔记本要花费多少的时间才能真正打开、关闭 就能知道具体的答案。

　　还有，我们认为未来的互联网将是嵌入式的互联网。最开始的时候是人机对话，可以说地址是以人 为人口单位的。今后不断地发展，由于摩尔定律的不断应用，大量的对话像我们知道的不再是需要人的对 话了，这才有我们今天讨论的 IP 地址不够用的问题。

　　我们认为在将来，可能会有 150 亿个互联网的设备需要在和网络上连接。从这里来看，更多的设备 意味着有更多的晶体管。到 2004 年来讲，全球人均拥有晶体管的数量已经达到了 5 千亿个晶体管人均。所 以，我们认为高的计算量的需求远远没有达到极限。

　　同时，我们也认识到并不是在每一个场合都需要这么高的计算量。但在我们追求摩尔定律的时候发 现，当我们不断缩小集成电路晶体管体积的时候，我们还发现带来了其它的新的很好的性能。比如说在 20 05 年的时候，我们把集成电路用 65 纳米缩小到 45 纳米到 2007 年的时候，我们发现不仅仅是晶体管的密 度提高了两倍，切换速度提高了 20%以上，切换的功能降低了 30%以上，源极漏极漏电功能降低 5 倍以上， 这才使移动互联网成为了可能。

　　摩尔定律不会过时，摩尔定律还能走多远呢？这个问题在过去的 40 年来不断地被人问到。比如说我 们做到 130 纳米的时候，当时的观点是认为 90 纳米是极限了，当我们突破 90 纳米做到 45 纳米的时候，有 人讲 45 纳米是极限了，所有的预言被证明是不正确的。摩尔定律到底能走多远呢？

　　我们看到随着晶体管尺寸的不断缩小，传统的技术带来了极限。其中有一个漏电。当晶体管的尺寸 不断缩小的时候，我们发现源极和漏极之间的漏电现象很大。要克服这个现象，就是要有更有效的控制， 在多晶硅栅极方面有更多的控制，所以要求在栅极管厚度做得很好。这带来了栅极漏电的问题，这是逐渐 缩小很大漏洞的瓶颈。

　　在英特尔来讲，经过我们不断地努力、试验、创新，终于我们在材料方面取得了很大的突破。我们 发现了可以采用高 K 介质和金属栅极来实现突破技术。用摩尔先生的话来讲，是采用高-K 介质和金属栅极 材料，是上个世纪晶体管材料的重大突破，正因为有了这样的重大突破，我们可以由 65 纳米做到 45 纳米 甚至更低。其他的厂家没有掌握这样的技术，从 65 做到 45 的时候，仍然是采用了演进工艺，作为演进性 质的产品，而不是我们作为革命性质的产品。

　　采用高 K 栅介质的工艺至少使摩尔定律至少延长 10 年。在 2011 年的时候，我们采用原来的功率可 以做到 130 纳米，2003 年的时候 90 纳米，2005 年的时候做到 65 纳米，采用高 K 介质的话，我们 2007 年 可以做到 45 纳米，今天可以做到 32 纳米。

　　实际上摩尔定律的难度有多大，有的厂商说我可以做到 45 纳米等等，在实验室集成晶圆上做到一个 是一回事，要做到很高的成品率又是另外一回事。在英特尔来讲，这个曲线，曲线越低说明不良品率越来 越低，或者是成品率越来越高。可以看到在英特尔来讲，我们 65 纳米的不良频率要低于 90 纳米，而 45 不 良品率要低于 65 纳米。这个曲线非常陡，英特尔在很短的时间里让产品的不良率极大地降低。今天英特尔 的 45 纳米已经成熟，从 2009 年第四季度开始我们将进入新一代 32 纳米的工艺技术。

　　除了工艺的发展技术之外，在这里要有六项核心技术，其中包括半导体工艺技术、产品设计技术， 设计工具，制造流程、掩模技术和封装技术。举封装技术，在一个小的米粒里面会出现上千个管脚，这怎 么封装起来是核心技术。英特尔具有在所有六项技术里都有自己的核心竞争力，掌握了所有六项的关键技 术。

　　除此之外，英特尔作为创新者来讲，是以超越自我为目标的。刚才我讲到了每两年之中，我们的制 成技术会有突破到下一代。每两年之间，我们会更新我们微体系的结构，就像钟摆模式。2006 年的时候， 我们在 65 纳米引进微体系结构。下一年我们在相同的微体系结构下会从 65 纳米变成 45 纳米，再过一年在 45 纳米不变的情况下 2008 年我们引进 Nehalem 的结构，在这样的情况之下，我会把 45 纳米变成 32 纳米， 不停的创新与发展。

　　今年在全球金融风暴、金融海啸一遍箫条的时候，今年 2 月份英特尔宣布投资 70 亿美金开工 32 纳 米的晶圆厂。2 月份的时候，美国总统奥巴马听到消息之后，打电话到英特尔的总裁 P 的旅馆，奥巴马总 统对我们的 CEO 讲，我就任以来，听到一个正面的消息。奥巴马总统感谢英特尔在这个时候能够为未 来做出投资。具体来讲，在左边左上角的图，我们在 D1D 的工厂，现在已经在生产 32 纳米的设备。接下 来在 2009 年第四季度的时候，我们另外一个工厂也在俄勒冈州 D1C 升级到 32 纳米。接下来在亚利桑那州 的 Fab 做 32 纳米。接下来是在新墨西哥州 Fab 做 11X，我们最小会升级到 22 纳米的工厂。所以我们在不 断地创新。在技术创新的过程当中，挑战越来越难，资金的成本也越来越多，门槛也越来越高。目前为止 英特尔是世界上一家开工做 32 纳米的。

　　在 2009 年的时候，我们现在已经完成了 32 纳米的 开发工作。接下来又根据我们现在的技术，我们可以看得到的，我们在 2011 年可以做到 22 纳米。22 纳米 就是跟病毒的尺寸是一样的，然后继续在 2013 年可做到 16 纳米，2015 年可以做到 11 纳米，这是什么概 念，在晶体管的大小，栅极的距离可以排列 50 个硅原子那么大，再往下做会遇到新的挑战。目前为止我们 看到硅或者是场效应管仍然是的电子逻辑设备。在 2010 年之后，我们需要探讨的是如果硅已经不足以 支持我们不断地创新，不断地往下走的话，会不会有其它的原材料来代替硅。或者是最根本的问题，我们 所做的一切，无非是 01 的两个状态，我们选择了半导体来代表两个状态。比如说可以不可以用由其它的来 代表呢？所以这是我们不断创新的里程。 可以看到摩尔定律是驱动移动互联网的源动力，或者是催动 IPv6 的源动力。 从英特尔来讲过去 40 年是不断创新的 40 年，是美好的 40 年，因为英特尔有今天 40 年的历史。但 是过去的 40 年并不是的 40 年，因为对于一个创新者来讲，的 40 年永远是下一个 40 年。