摩尔定律的未来.doc

摩尔定律的未来The future of Moores Law湖北师范学院计算机科学与技术学院文理学院0704班*20074152101*摩尔定律的未来计算机科学与技术学院 0704班 蔡文慧 摘要：摩尔定律已经延续了43年，随着半导体芯片上晶体管数量的增长，芯片密度越来越大，继续维 持摩尔提出的增长率将越来越难。但是，摩尔定律不会被终结。摩尔定律面临的挑战使得芯片工 业不断发展，随着技术的进步，摩尔定律未来将会在不同领域得到更多的横向应用。关键词：摩尔定律，半导体技术，石墨烯晶体管The future of Moores LawName: Cai WenhuiCollege：Hubei Normal University Academy of Computer Science and TechnologyClass： 0704Number: 2007415210124 Abstract: The Moores law has last with fourty-three years,as the chip on semiconductors number increacing .But,Moores law wasnt be dead. As tecloledge growing,it has be used more and more.Key words: Moores Law , semiconductor , Graphene transistor1.引言到底什么是“摩尔定律”？归纳起来，主要有以下三种“版本”：（1）集成电路芯片上所集成的电路的数目，每隔18个月就翻一番。（2）微处理器的性能每隔18个月提高一倍，而价格下降一倍。（3）用一个美元所能买到的电脑性能，每隔18个月翻两番。 它是英特尔公司创始人之一戈登摩尔（Gordon Moore）总结的存储器芯片的增长规律。当然这种表述没有经过什么论证，只是一种现象的归纳。2.摩尔定律的产生1965年4月19日电子学杂志刊登了一位36岁的工程师的文章往集成电路里塞进更多元件，这位名叫戈登摩尔的工程师以一个拗口的句子，对芯片业作了一个预言。他说，为了求得最低成本，集成电路的复杂性大约每一年就会翻一番。摩尔的文章不长，算上几张图片和表格，也只有3页。而且，被安排在了毫不起眼的第114页。为了更加形象地表述，摩尔把自己的预言归结为:每过1年，一块集成电路上的晶体管数量就会翻番。到1975年，摩尔把“翻番”的时间修正为2年。摩尔的预言完全是一个经验公式的产物，是基于对50年代以来集成电路发展规律的总结和延伸。但是后来的发展却很好地验证了这一说法，使其享有了“定律”的荣誉。后来表述为“集成电路的集成度每18个月翻一番”，或者说“三年翻两番”。这些表述并不完全一致，但是它表明半导体技术是按一个较高的指数规律发展的。 就在摩尔定律提出3年后，英特尔公司诞生了。从它1971年推出第一片微处理器Intel 4004至今，微处理器使用的晶体管数量的增长情况基本上符合摩尔定律。有人认为英特尔刻意要求公司的技术发展符合摩尔定律。实际上，在产业竞争的驱动下，不按这样的速度研发新的产品，企业就有被淘汰的危险。3.摩尔定律面临的挑战摩尔定律面临的挑战主要有以下几点:3.1物理尺寸上的极限现有的硅芯片在未来10年将可能达到物理极限，其单个晶体管的大小将像一个原子 那么大，这将是一个真正的物理极限。目前，大规模芯片生产已达到0.25微米工艺。微电子工业发展每下一步的线宽大约是前一步的0.7倍，因而0.25微米的下一步是0.18微米，其后是0.13微米、0.09微米、0.06微米。如果芯片生产仍然能以3年翻一番的速度发展，那么在十几年之后，就必然会面临硅芯片技术的物理极限。3.2漏电流当“栅极”的长度小于5nm 时，将会产生隧道效应，即由于源极和栅极很近，电子会自行穿越通道，从而造成“0”、“1”逻辑错误。Intel的研究结果证明，隧道效应不管晶体管材质的化学特性怎样都会发生，当缩小晶体管尺寸到了一定程度时，必会产生隧道效应。3.3功耗和散热毫无疑问，处理器的功耗密度不可能无限地提高。尽管可能通过诸多方式来降低功耗，但都不可能从根本上解决这一问题。3.4成本多年以来，硅集成度的提高是靠日益巨大的投资堆积起来的。从早期的用几百万美元到目前是20-30亿美元建一座芯片厂，按照摩尔定律所描述的发展规律，10年以后这一投资将达到数百亿甚至上千亿美元，比一座核电站投资还大。由于花费不起这笔钱，迫使越来越多的公司退出了芯片行业。4.摩尔定律的延续新型半导体材料的使用2008年4月，权威的美国科学杂志发布，英国曼切斯特大学物理和天文学系的安德烈K海姆（Andre Geim）教授和科斯佳诺沃谢洛夫（Kostya Novoselov）研究员开发出了世界最小的晶体管石墨烯晶体管。他们也因此获得了2008年诺贝尔物理奖的提名。众所周知，根据半导体业著名的摩尔定律，芯片的集成度每18个月至2年提高一倍，即加工线宽缩小一半。人们普遍认为，这一定律还能延续10年。提出该定律的摩尔本人也曾公开表示，十年之后，摩尔定律将很难继续有效，因为采用目前的工艺和硅基半导体材料来延长摩尔定律寿命的发展道路已逐渐接近终点。硅材料的加工极限一般认为是10纳米线宽。受物理原理的制约，小于10纳米后不太可能生产出性能稳定、集成度更高的产品。然而安德烈K海姆（Andre Geim）和科斯佳诺沃谢洛夫（Kostya Novoselov）发明的石墨烯晶体管有望为研制新型超高速计算机芯片带来突破。 新型晶体管石墨烯晶体管将延长摩尔定律的寿命。5.摩尔定律未来在各种领域的广泛应用 随着 PC 的普及，摩尔定律的意义开始延伸，从描述集成电路中晶体管的密度，转变为描述计算机的升级速度CPU的速度、硬盘的容量、内存的大小，都遵循着摩尔定律的节奏奋力窜升。 但是创新仅仅意味着越来越快的 CPU、越来越大的硬盘和内存 ? 英特尔常年赞助了电脑游戏的“世界杯”WCG，可是如今，网游开发商们为了适应大多数电脑配置不高的现状，争相开发简单的2D游戏。 这其实是一个很简单的道理。人们购买汽车，不会一味追求发动机的马力，舒适、安全、便利等综合性的体验，才是在成熟市场中竞争需要考虑的东西。 2003年，英特尔推出了新一代笔记本电脑芯片平台迅驰。观察家们发现，这是英特尔第一次发布主频速度低于前一款产品的CPU。对于迅驰，英特尔强调的卖点不是速度，而是无线上网的特性、轻薄的外形 ,以及省电的性能。 迅驰获得了极大的成功。当英特尔在台式机市场的占有率稍稍下滑时，在笔记本市场，英特尔地位更加稳固了。不过，这是不是意味着摩尔定律彻底失效呢？如果真的失去了摩尔定律的指针，技术发展的节奏感到哪儿去找呢？ 事实上，摩尔定律并没有失效。尽管在PC领域，速度已经不再重要，但其他一些新兴领域，倍增效应还是随处可见，比如MP3 播放器，从几年前的64M已经增大到几个G了；手机的摄像头30万像素已经落伍，现在起码要是130万吧；iPod 已经有60G的了；高清晰度电视，将来的画面质量和信号传输要求，都在等着技术的乘法。 最起码的，新的摩尔定律已经揭示，互联网的信息总量，正在以几何级数增长；作为应对，处理这些信息的技术，需要摩尔定律的指针。如果说过去，摩尔定律追求的是在“计算力”方面挑战“垂直极限”，那么在未来 ,摩尔定律则需要在更多个平台，鞭策技术进步。7.结束语 有人说“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。人类改造世界的愿望永远没有止境。由此，创新也不会有止