摩爾定律發(fā)展與我們的生活

摘要：本文首先介紹了摩爾定律被提出，以及人們對它所做的研究，以及未來的發(fā)展方向，

和它面臨的經(jīng)濟挑戰(zhàn)，最后就講到了它對我們生活的影響，也就是智能生活。

關(guān)鍵詞：摩爾定律、集成電路、微型芯片、經(jīng)濟學(xué)驅(qū)動、智能生活

1.摩爾定律的提出

摩爾定律是由英特爾（Inetl）創(chuàng)始人之一戈登?摩爾在搜集1959年至1965年集成電路上

晶體管數(shù)量的數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上于1965年4月提出的。即當(dāng)價格不變時集成電路上可容納的晶體

管數(shù)目約每隔18個月便會增加一倍了勝能也將提升一倍。通俗的說法就是每過1至2年我們

能買到比之前性能提高一倍的電腦，但是價格跟原來差不多。

多年來摩爾定律推動了產(chǎn)能提升，也帶動了半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)驚人的發(fā)展。這驅(qū)動力創(chuàng)造了超

快速數(shù)字處理器、寬帶的提升及容量龐大的存儲器，使得個人計算機、移動手機以及各種需

要大量資料流量與儲存空間的應(yīng)用裝置、生產(chǎn)力大幅提升。

2.摩爾定律的研究

自身的瓶頸：半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)飛速發(fā)展的同時也面臨著新的挑戰(zhàn)：一方面，利用先進CMOS技

術(shù)開發(fā)SOC的成本飛漲；另一方面，體積的不斷縮小將把摩爾定律推向末路。

2.1首先是制造工藝上的一些問題

依照目前的發(fā)展趨勢肩兩個方面的問題越來越明顯就是關(guān)于漏電流和高溫。這些問題需

要通過制造工藝的進步來解決。摩爾曾經(jīng)指出漏電流將會限制摩爾定律發(fā)展，當(dāng)晶體管的尺寸

不斷減小漏電流的影響將使得功耗增大。如果設(shè)計者不斷減小晶體管的尺寸，電流將變得越來

越大并燒毀晶體管。

2.2芯片尺寸極限

現(xiàn)有的硅芯片在未來5年內(nèi)將可能達到物理極限，其單個晶體管的大小將達原子級，這

將是一個真正的物理極限。目前，大規(guī)模芯片生產(chǎn)已普遍達到40nm工藝，28nm工藝規(guī)模也逐

漸在擴大，三星和英特爾14nm工藝也己經(jīng)研發(fā)出來，并已成功用于蘋果的移動處理器。微電

子工業(yè)發(fā)展每下一步的線寬大約是前一步的0.7倍，因而14nm的下一步是9.8nm,我們已經(jīng)

逐步逼近原子極限。如果芯片生產(chǎn)仍然能以3年翻一番的速度發(fā)展，那么在幾年之后，就必

然會面臨硅芯片技術(shù)的物理極限。

2.3漏電流

當(dāng)“柵極”的長度小于5nm時，將會產(chǎn)生隧道效應(yīng)，即由于源極和柵極很近，電子會自

行穿越通道，從而造成“0”、“1”邏輯錯誤。Intel的研究結(jié)果證明，隧道效應(yīng)不管晶體管材

質(zhì)的化學(xué)特性怎樣都會發(fā)生，當(dāng)縮小晶體管尺寸到了一定程度時，必會產(chǎn)生隧道效應(yīng)。

2.4功耗問題

摩爾定律的核心是不斷增加晶體管的數(shù)目，以及更強大的性能和更高的集成度，但這也同

時意味著隨著單位面積上晶體管數(shù)量翻倍的同時，產(chǎn)生的熱量也相應(yīng)翻倍了。電腦主機的散

熱我們還能加一個電風(fēng)扇，但在一片只有指甲塊大的芯片上如何解決散熱問題呢？就對研發(fā)

人員提出了更高的要求。

3.摩爾定律未來的發(fā)展方向

晶體管發(fā)明以前,沒有人能預(yù)料到今天電子信息產(chǎn)業(yè)的繁榮。也許我們能使用新的材料或

者技術(shù)來改變現(xiàn)狀。我們可以考慮使用其他的半導(dǎo)體元素代替硅元素制作晶體管，比如元素周

期表上第三和第五族的元素。利用它們不同的屬1勝提高芯片的性能。但這可能僅僅是權(quán)宜

之計,因為它們可能也會遇到與硅元素相同的問題。石墨烯也是一個很有希望的晶體管材料。

但是它也有很多問題，比如沒有足夠的帶隙六們對它的了解也不足夠充分。這些材料和技術(shù)目

前都處于探索之中未來也許也會有新技術(shù)出現(xiàn)并帶來革命1勝的改變。如果將來的某個發(fā)明

改變了集成電路性能提升的方式或者產(chǎn)生了新的計算機技術(shù)取代了現(xiàn)有的集成電路工作原理

那么摩爾定律可能將不再適用。

4.摩爾定律面臨的經(jīng)濟挑戰(zhàn)

晶體管集成度的不斷提高到技術(shù)多樣化的革命性轉(zhuǎn)變，為半導(dǎo)體制造商帶來了大的商機

以及更誘人的新業(yè)務(wù)市場。但同時，晶體管的密度增加了，開發(fā)相應(yīng)工藝的成本也隨之增加

了。經(jīng)濟因素最終會限制半導(dǎo)體的進一步發(fā)展，整個工業(yè)將受限于過于昂貴的技術(shù)。

刻制工藝和技術(shù)是集成電路工業(yè)的關(guān)鍵技術(shù)，光刻機已如此昂貴，但價格還在上漲。上

到尖端的航天技術(shù)，下到我們天天經(jīng)歷的日常生活，電子芯片對于現(xiàn)代文明的影響可謂無處

不在。我們身邊，從電話、電視甚至廚房設(shè)備，幾乎所有需要電力驅(qū)動的產(chǎn)品都有著一塊電

子芯片，而所有的芯片，又無一例外都是光刻工藝的產(chǎn)物。光刻的成本已經(jīng)占整個晶片成本

的30%o它不僅是組裝過程中最貴的一道工藝，而且是半導(dǎo)體生產(chǎn)線上最貴的部分。這關(guān)系到

每個生產(chǎn)商。同時，由于行業(yè)的知識和組織特性，電信業(yè)的發(fā)展依賴于產(chǎn)品快速成型、短時

間地進入市場以及轉(zhuǎn)向靈活，所有這些都使成本趨于上升。

另一個成本因素是光刻在芯片上的掩模版所需的花費。掩模版制作類似于照片的縮影過

程，但是它要昂貴得多。掩模版的制備在成本因素中可以說是最重要的一部分，而每只晶體

管的成本在推動電信業(yè)發(fā)展的變量中也是非常重要的一個因素。伴隨著新一代產(chǎn)品的成功，

晶體管一定是尺寸更小、更加緊密地排列在硅片上。所以，制造商不僅要制造出更小的部件,

而且必須把部件更緊湊地組裝起來，這些因素使掩模版的成本上升。

航空業(yè)曾經(jīng)上演了產(chǎn)品開發(fā)由性能驅(qū)動到經(jīng)濟學(xué)驅(qū)動的轉(zhuǎn)變。協(xié)和客機(Concorde)的速

度數(shù)十年來不斷加快，盡管最高時速可達每小時2000公里，但這并沒能成為空中客機的新標(biāo)

準(zhǔn)。從巴黎飛到紐約，Concorde僅需3個小時，本以為Concorde將因此建立行業(yè)新標(biāo)準(zhǔn)，然

而，經(jīng)濟學(xué)卻占了上風(fēng)。過度油耗造成機票價格上漲，乘客難以承受，最終Concorde只能藏

身于博物館。目前，航空業(yè)平均速度為每小時1000公里，這就是它的經(jīng)濟學(xué)平衡點，這一速

度已經(jīng)保持了多年，迄今未變。和航空業(yè)相類似，對于生活來說，還有比速度更重要的事情。

如今最經(jīng)濟的解決方案不一定基于市場上最前沿技術(shù)。

5.摩爾定律與智能生活

如今，人們?nèi)粘Ｉ钍褂玫暮芏嘣O(shè)備都搭載了由晶體管構(gòu)成的微處理器。得益于摩爾定

律，這些設(shè)備在成本方面得以顯著降低，在性能和能效方面卻實現(xiàn)了飛速提升，電子設(shè)備在

各個領(lǐng)域的使用越來越來廣泛，為人類帶來了極大便利，并已成為人類生活中不可或缺的一

部分。

51生活娛樂

科技的進步促使人們的生活節(jié)奏日益加快。在如此快節(jié)奏的生活下，人們的身體和精神

極易疲勞，尤其是精神上，當(dāng)社會給予的約束難以釋放時，大多數(shù)人會選擇虛擬世界，通過

娛樂減壓。但由于技術(shù)條件的限制，人們只能通過輸入設(shè)備來傳達我們的指令，并不能真正

的身臨其境。而隨著虛擬現(xiàn)實（簡稱VR）等技術(shù)的發(fā)展，人們可以直接通過身體語言來進行

操作，像是揮手、跑、跳等動作。通過虛擬現(xiàn)實技術(shù)體驗游戲人物的獨特視角，亦或是置身

于電影里那般壯觀的場景，亦或是足不出戶體驗異域風(fēng)情。種種這般立體、獨特的視角，娛

樂的方式也從動手、動腦，轉(zhuǎn)變到了全身的身體感官。

5.2智能機器人

隨著智能技術(shù)的發(fā)展，越來越多機器人已經(jīng)運用在人們的生活中，它將人類從重復(fù)而又

繁重的勞動中解放出來。它可以包攬我們的家務(wù)活，像洗衣、拖地之類更是不在話下，而人

們只要對它發(fā)號施令即可。閑暇之余，它還可以陪伴我們玩耍，甚至可以進行簡單的溝通。

有朝一日，越來越多的家庭會上演這樣的場景：忙綠一天的人們只需坐在飯桌前就能享受到

機器人做好的可口菜肴；飯后，人們舒服地躺在沙發(fā)上玩游戲，機器人在一旁認真的干家務(wù),

這樣的生活是多么愜意呀！

5.3環(huán)境監(jiān)測

“霧霾”已成中國最廣泛關(guān)注的大事件，大環(huán)境我們一時難以改變，但是自己的家，你

是擁有完全控制權(quán)的，透過智能生活產(chǎn)品你可以改善自己的一畝三分地。糟糕的環(huán)境嚴(yán)重的

影響著我們的身體健康，長時間暴露在有污染的室內(nèi)環(huán)境中，對我們的身體百害而無一利，

而我們不能通過肉眼感知，卻可以依靠智能設(shè)備監(jiān)測室內(nèi)環(huán)境，不僅可以鎖定污染物的來源,

有效的改善空氣質(zhì)量，通過對濕度、溫度、二氧化碳、氧氣濃度的智能調(diào)節(jié)，讓我們一直處

在最適宜的家居環(huán)境中。

5.4身體健康

可穿戴設(shè)備可以說是智能生活的前哨產(chǎn)品，人們?nèi)粘Ｅ宕鞯亩加行穆适汁h(huán)，所以大多設(shè)

備都瞄準(zhǔn)了個人健康管理，從簡單的計步，到紫外線檢測、心率檢測；而越來越多的設(shè)備，

也開始向醫(yī)療領(lǐng)域發(fā)力，像是智能血壓儀、智能體重儀。未來就醫(yī)看病，也許可以不用“望、

聞、問、切”，透過時時的健康數(shù)據(jù)查詢，就可以診斷出病因，甚至提早警示身體出現(xiàn)異常，

如果醫(yī)院和家庭實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)對接，在你回家時，就已接到醫(yī)師開據(jù)的處方快遞（藥片）。當(dāng)科技

足夠發(fā)達，未來的智能生活便可提供在家看病就