厚度上的摩尔定律 - 薄一点更好

神秘的处理器制程工艺摩尔定律指导集成电路(IC，Integrated Circuit)工业飞速发展到今天已经40多年了。

在进入21世纪的第8个年头，各类45nm芯片开始批量问世，标志着集成电路工业终于迈入了低于50nm的纳米级阶段。

而为了使45nm工艺按时“顺产”，保证摩尔定律继续发挥作用，半导体工程师们做了无数艰辛的研究和改进—这也催生了很多全新的工艺特点，像大家耳熟能详的High-K、沉浸式光刻等等。

按照业界的看法，45nm工艺的特点及其工艺完全不同于以往的90nm、65nm，反而很多应用在45nm制程工艺上的新技术，在今后可能贯穿到32nm甚至22nm阶段。

今天就让我们通过一个个案例，来探索一下将伴随我们未来5年的技术吧。

你能准确说出45nm是什么宽度吗？得益于厂商与媒体的积极宣传，就算非科班出身，不是电脑爱好者的大叔们也能知道45nm比65nm更加先进。

但如果要细问45nm是什么的长度，估计很多人都难以给出一个准确的答案。

而要理解这个问题，就要从超大规模集成电路中最基本的单元—MOS(Metal Oxide Semiconductor金属氧化物半导体)晶体管说起。

我们用半导体制作MOS管就是利用其特殊的导电能力来传递0或者1的数字信号。

在栅极不通电的情况下，源区的信号很难穿过不导电的衬底到达漏区，即表示电路关闭(数字信号0)；如果在栅极和衬底间加上电压，那么衬底中的电荷就会在异性相吸的作用下在绝缘氧化层下大量聚集，形成一条细窄的导电区，使得源区和漏区导通，那么电流就可以顺利从源区传递到漏区了(信号1)。

这便是MOS最基本的工作原理。

在一块高纯硅晶圆上(在工艺中称为“P型半导体衬底”)通过离子扩散的方法制作出两个N型半导体的阱——通俗地讲P型是指带正电的粒子较多，N型则是带负电的粒子比较多。

再通过沉积、光刻、氧化、抛光等工艺制造成如图中所示的MOS管，两个阱的上方分别对应源区(source)和漏区(drain)，中间的栅区(gate)和下方的衬底中间用一层氧化绝缘层隔开。

摩尔定律摩尔定律是由英特尔（Intel）创始人之一戈登·摩尔（Gordon Moore）提出来的。

其内容为：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，当价格不变时；或者说，每一美元所能买到的电脑性能，将每隔18个月翻两倍以上。

这一定律揭示了信息技术进步的速度。

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。

摩尔定律的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。

摩尔定律的内容是什么摩尔定律，又称摩尔规律，是由英特尔公司创始人之一戈登·摩尔在1965年提出的一个理论。

摩尔定律指出，集成电路上可容纳的晶体管数量每隔18-24个月便会增加一倍，而其价格却不会增加。

这一定律的提出，对计算机科学和电子工程领域产生了深远的影响，也成为了现代信息技术发展的基石之一。

摩尔定律的内容主要包括两个方面，一是晶体管数量的增长速度，二是晶体管的成本。

首先，摩尔定律指出，集成电路上可容纳的晶体管数量每隔18-24个月便会增加一倍。

这意味着随着时间的推移，芯片上所集成的晶体管数量呈指数级增长。

这一现象直接推动了计算机性能的飞速提升，使得计算机在相对较短的时间内实现了巨大的发展。

其次，摩尔定律指出，随着晶体管数量的增加，其成本并不会增加。

也就是说，在同样的制造工艺下，晶体管的成本并不会随着数量的增加而线性增长。

这使得计算机的性能提升不仅迅猛，而且成本相对较低，从而大大降低了计算机的价格，使得计算机技术更加普及。

摩尔定律的提出不仅仅是对硅谷的一次重大革命，更是对整个信息时代的一次革命。

正是因为摩尔定律的存在，才有了今天计算机技术的高速发展，也才有了今天人们对于信息时代的无限憧憬。

摩尔定律的提出，使得计算机的性能每隔一段时间就会有质的飞跃，这种飞跃不仅仅是在硬件层面，更是在软件和应用层面。

正是因为摩尔定律的存在，才有了今天云计算、大数据、人工智能等一系列新兴技术的应运而生。

这些技术的涌现，不仅改变了人们的生活方式，也改变了整个社会的发展轨迹。

然而，随着摩尔定律的提出已经有近60年的时间，人们开始质疑摩尔定律是否还能够持续下去。

因为在当前的技术水平下，晶体管的数量增长已经逐渐遇到了物理屏障，而且随着集成电路制造工艺的不断精密化，成本的降低也已经变得越来越困难。

因此，一些学者开始认为摩尔定律可能会在未来的某个时间点失效，这也意味着计算机技术的发展可能会遇到瓶颈。

尽管如此，摩尔定律的提出依然是一次伟大的创举，它改变了整个世界的面貌，也改变了人类的发展进程。

也有人从个人计算机（即PC）的三大要素--微处理器芯片、半导体存储器和系统软件来考察摩尔定律的正确性。微处理器方面，从1979年的8086和 8088，到1982年的80286，1985年的80386，1989年的80486，1993年的Pentium，1996年的 PentiumPro，1997年的PentiumII，功能越来越强，价格越来越低，每一次更新换代都是摩尔定律的直接结果。与此同时PC机的内存储器容量由最早的480k扩大到8M，16M，与摩尔定律更为吻合。系统软件方面，早期的计算机由于存储容量的限制，系统软件的规模和功能受到很大限制，随着内存容量按照摩尔定律的速度呈指数增长，系统软件不再局限于狭小的空间，其所包含的程序代码的行数也剧增：Basic的源代码在1975年只有4,000 行，20年后发展到大约50万行。微软的文字处理软件Word，1982年的第一版含有27,000行代码，20年后增加到大约200万行。有人将其发展速度绘制一条曲线后发现，软件的规模和复杂性的增长速度甚至超过了摩尔定律。系统软件的发展反过来又提高了对处理器和存储芯片的需求，从而刺激了集成电路的更快发展。
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。