摩爾定律還有效嗎

　　摩爾和摩爾定律
　　
　　被稱為“信息技術第一法則”的摩爾定律自21世紀以來就不停地遭受各界的質疑，關于摩爾定律行將終結的聲音一直沒有停歇。在高中信息技術教材中，只是簡要介紹了摩爾定律的概況(地圖版第7頁)，對其來龍去脈未加詳細評說。下面我們就來一起探討摩爾定律的起源、發展和未來，問一問“摩爾定律還有效嗎”。
　　摩爾定律的提出者戈登·摩爾1929年出生于美國舊金山，1954年于加州理工學院獲得化學與物理學博士學位。但是摩爾不滿意離工程應用較遠的應用物理實驗研究，1956年，他加入諾貝爾獎得主肖克利在加州的半導體實驗室。一年后與肖克利的8位“天才叛徒”一道創建了仙童半導體公司。1965年，《電子學》雜志為了慶祝創刊35周年，邀請一些專家對技術的未來做一些預測。時任仙童半導體公司研究部主任的摩爾寫了一篇文章《在集成電路中塞進更多的元件》，正是在這篇文章中，摩爾認為，集成電路芯片上晶體管的數目將每年翻一番。1975年，摩爾根據當時的實際情況對摩爾定律做了修正，將“每年翻一番”改為“每兩年翻一番”。
　　有趣的是，摩爾定律的一般流行說法是“每18個月翻一番”(高中信息技術教材中也取此說法)。但1997年摩爾在接受采訪時說，他從來沒有說過“每18個月翻一番”，流行的摩爾定律竟然不是摩爾自己的說法。
　　自摩爾定律提出以來，不論在單個芯片晶體管數目上，還是從微處理器芯片、半導體存儲器以及系統軟件角度來考察，摩爾定律的預言與現實都驚人的吻合。摩爾定律并非物理學定律，作為一種對發展趨勢的分析預測，實在是相當精準了，被稱作“信息技術第一法則”是當之無愧的。
　　摩爾本人于1968年退出了仙童公司，和諾伊斯一道創辦了Intel公司。1974年起，摩爾出任Intel公司總裁兼首席執行官，在他主導Intel公司的十余年間，Intel公司確定了主攻CPU的方向，使公司成為業界巨擘。1989年摩爾從首席執行官的崗位上退了下來，2001年，由于自己親自規定董事的退休年齡為7 2歲，年滿72歲的摩爾正式退出Intel公司董事會。退休后的摩爾仍舊活躍在IT領域，每周數日出現在Intel公司大廈。摩爾本人也獲得了無數的榮譽，1976年當選美國工程院院士，1980年獲IEEE計算機先驅獎，1990年獲全美技術獎。
　　
　　摩爾定律還有效嗎?——制約摩爾定律的關鍵
　　
　　進入21世紀后，人們津津樂道于預測摩爾定律何時終結。眾多預測中比較知名的有：美國發明家雷·庫茲韋爾在其暢銷著作《靈魂機器的時代——當計算機超過人類智能時》一書中預言摩爾定律將于2020年終結；在2003年國際固態電路會議的演講中，摩爾定律的提出者摩爾認為該定律還將延續10年；在2004年第六屆“二十一世紀的計算”論壇中，微軟劍橋研究院創辦人Chuck Thacker同樣預言摩爾定律還將延續10年；2004年全球信息峰會中，Intel公司首席執行官克雷格·貝瑞特認為摩爾定律還將保持15～20年；我國科學家許居衍則認為摩爾定律將在2047年左右終結。
　　對于摩爾定律，我們即使通過邏輯推理也可以得出結論，芯片上元件的幾何尺寸不可能無限制地縮小。那么，制約摩爾定律的關鍵因素是什么呢?制約摩爾定律發展的核心因素fjgfA2J9ZCJk3UEfEuvFww==是在物理方面，隨著芯片尺寸的不斷縮小，芯片產生的熱量將會增加，對電路自身會造成危害；其次，由于芯片在生產過程中不可避免地混有雜質，而伴隨著尺寸的縮小，雜質的密度就會增大，雜質的聚集將會影響導電性能，目前芯片中雜質含量已接近所能允許的極限。此外，隨著芯片尺寸的縮小，將發生電子漂移現象，晶體管將會失去可靠性，可能無法控制電子的進出，從而無法制造出1和0。
　　眾所周知，正如摩爾本人也認為：“摩爾定律不可能永遠持續下去，但摩爾定律不會在現在或未來短短幾年內壽終正寢，可能只有等到晶體管尺寸縮小到接近其物理極限，即與硅原子的尺寸相近時，該定律才會真正終結。”所以，摩爾定律可以看作是一條與材料科學息息相關的定律。能否出現具有變革意義的新材料，將是關系摩爾定律命運的關鍵。
　　
　　摩爾定律的突破——新材料的出現
　　
　　摩爾定律能否延續與新材料研究息息相關，下面我們就探尋一下新世紀以來材料科學的新突破。目前，傳統的硅材料正在接近它的尺寸極限，碳納米管、硅納米線、應變硅被認為是最有可能的替代者。
　　碳納米管是人工合成的天然納米線，它的電子遷移率比硅高很多。它分為導體型和半導體型，導體型可以作為新型芯片連線的材料，半導體型可以用來制作碳納米管晶體管，以取代硅晶體管。碳納米管被很多人認為是未來新材料的最佳選擇。
　　硅納米線是近年發展起來的一種新型納米半導體材料，它具有特殊的光致發光、場發射、電子運輸等性能，可以實現在納米傳感器等多種納米電子器件及合成其它納米材料方面的應用。
　　雖然碳納米管、硅納米線有著巨大的潛力，但要成為主流的市場產品至少還需10～20年時間。因此，目前應變硅有可能成為首選替代技術。應變硅技術由IBM公司發明，Intel于2004年也推出了這一技術。它可以在基本不增加投資的情況下使芯片質量明顯提高，并且具有遷移率高、能帶結構可調、與傳統硅工藝兼容等優點。應變硅是被看作未來能夠繼續遵循摩爾定律的新材料，是微電子技術發展的新方向。
　　但摩爾本人并不看好新材料可以取代硅，他在摩爾定律40周年時接受采訪說：“現在有很多人在研制新材料，但我懷疑這些材料和技術是否能夠取代硅。硅是一種功能強大的技術，我認為在可預見的未來不會出現像它這樣，并能夠取代它的新材料。”
　　2003年，已經退休的摩爾在發表演講時樂觀地說：“雖然指數性的增長不可能是永久的，但是我們可以將這種不可能永久地推遲”。美國Cyber Cash公司CEO丹·林啟認為“摩爾定律是關于人類創造力和信念的定律，而不是物理學定律。”其實，即使摩爾定律失效了，我們也大可不必憂心忡忡。科學史告訴我們，每當一項技術發展到極限時，就會有新的技術出現，人類科技進步的腳步是不可阻擋