2012年05月21日 16:14 来源：电子发烧友 作者：灰色天空 我要评论(0)
标签：摩尔定律(21) 摩尔定律定义
随着科技的发展，商品性能会变得越来越好，而价格却变得越来越便宜。这正是科技的飞速发展给人们带来的实惠。
摩尔定律是指IC上可容纳的晶体管数目，约每隔18个月便会增加一倍，性能也将提升一倍。摩尔定律是由英特尔(Intel)名誉董事长戈登·摩尔（Gordon Moore）经过长期观察发现得之。
摩尔定律发现
计算机第一定律——摩尔定律Moore定律1965年，戈登·摩尔（GordonMoore）准备一个关于计算机存储器发展趋势的报告。他整理了一份观察资料。在他开始绘制数据时，发现了一个惊人的趋势。每个新芯片大体上包含其前任两倍的容量，每个芯片的产生都是在前一个芯片产生后的18-24个月内。如果这个趋势继续的话，计算能力相对于时间周期将呈指数式的上升。Moore的观察资料，就是现在所谓的Moore定律，所阐述的趋势一直延续至今，且仍不同寻常地准确。人们还发现这不光适用于对存储器芯片的描述，也精确地说明了处理机能力和磁盘驱动器存储容量的发展。该定律成为许多工业对于性能预测的基础。在26年的时间里，芯片上的晶体管数量增加了3200多倍，从1971年推出的第一款4004的2300个增加到奔腾II处理器的750万个。
摩尔定律由来
“摩尔定律”的创始人是戈登·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60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，美国著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："最低元件价格下的复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”的应用
“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领先地位，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。
|||摩尔定律定义与发展(2)
2012年05月21日 16:14 来源：电子发烧友 作者：灰色天空 我要评论(0)
标签：摩尔定律(21)专家们预言专家们预言，随着半导体晶体管的尺寸接近纳米级，不仅芯片发热等副作用逐渐显现，电子的运行也难以控制，半导体晶体管将不再可靠。“摩尔定律”肯定不会在下一个40年继续有效。不过，纳米材料、相变材料等新进展已经出现，有望应用到未来的芯片中。到那时，即使“摩尔定律”寿终正寝，信息技术前进的步伐也不会变慢。
摩尔定律前景
摩尔定律能再适用10年左右
摩尔定律问世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 i7 3770的主频已高达3.4G（即3400M），以后则要推出性能更强的芯片。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。
制约因素之一技术
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。
制约因素之二经济
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。
前景
摩尔定律是由英特尔公司名誉董事长戈登·摩尔经过长期观察发现得出的结论，一开始被用于描述半导体制造领域的一种现象，即指集成电路上可容纳的晶体管数目，约每隔18个月便会增加一倍，性能也将提升一倍。后来，摩尔定律被引入到其他高科技行业，用来形容技术快速发展带来的性能提高。
在光纤通信行业，密集波分复用技术(DWDM)曾经很好地诠释了摩尔定律。DWDM是一种关键的基础性网络技术，通过在一根光纤内传送多路平行的吉比特光信号，使带宽成本大幅降低，从而让宽带互联网得以普及。该技术还拥有传输距离远、延迟低的优点。随着网络传输量迅速增长，电信运营商希望能以更低的单位成本传送更多的信息，因此，DWDM在固定通信基础设施中的地位得以巩固并不断加强。从2003年到2007年，运营商在DWDM技术上的花费增长了将近两倍，2007年，全球在该技术设备上的支出达到58亿美元。
在过去的10年中，著名咨询机构Ovum公司使用一个网络带宽资本支出(capex)的计量公式，计算每秒钟在一公里长的距离内传输1GB信息量所需的成本。电信运营商一开始在每根语音线路上实现了64kbps的传输速率，后来每位用户使用成千上万兆的信息后，语音线路不堪重负，好在光纤技术出现了。设备供应商之间的竞争使得传输成本急剧下跌，1993年，DWDM技术出现前，每秒钟在一公里长的距离内传输1GB信息量的成本为2000美元，到2007年，该数字已经不足1美元，其发展速度已令摩尔定律失色。
DWDM技术从正式部署到今天已经有13年历史，但是，它目前却好像停止了曾经在电信发展史上创造过奇迹的指数级增长，步入了青春期的消沉。分析师指出，如果下一个5年内整个系统不出现指数级的扩张，那么DWDM的几何式增长也将难以维系。难道在光纤通信市场，摩尔定律的影响终结了吗？
在过去的岁月中，DWDM的成功依赖于多样化的创新，例如光纤放大器和光分插复用器(OADM)等，还包括激光、测波器、过滤器等多种技术的进步以及各种系统软件的创新，他们都让系统获得了更高的容量，并提高了运营的灵活性。
残酷的竞争使得10G网络的成本不断降低，也迫使DWDM在13年里不断提高成本表现，尽管在此期间光纤系统的研发投资和元器件创新的投资都相对较低。同时，本世纪开始几年中，电信行业泡沫的破裂导致主要市场的支出锐减，整个行业都在疗伤。那段时间内对研发投资的削减带来的后果是：更具成本效益的40G技术的部署和商用被推迟了。
不过，市场最终还是选择了40G技术。最有可能在近期实现传输成本效益的指数级增长的就是40G网络技术，该技术提供的带宽是现有10G网络的4倍，而capex却只有四分之一，性能表现也丝毫不逊色。虽然Ovum咨询公司认为这种规模的成本削减在2012年前不太可能实现，但鉴于过去几年中对该项技术的投资剧增，奇迹还是有可能出现的。
2008年已经推出和即将推出的40G技术创新包括：北电网络研发的技术，提供了目前市场上最佳的性能，并有着向100G技术演进的清晰路线；Opvista技术，对推动40G技术在城域网中的使用有明显的优势；由Stratalight、Mintera和其他公司共同研发的标准化40G模块技术也取得了进展。光纤技术供应商Infinera公司也在努力通过40G技术创新解决成本、容量和传输距离之间的矛盾，预计将在今年晚些时候或明年发布新技术。
同时，网络运营商和设备供应商还将推动100G技术的创新，从而将延续DWDM的成功，并满足全球用户对通信服务越来越多的渴望。
