摩尔定律终结了吗_摩尔定律或在2021终结

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：当价格不变时，集成电路上可容纳的元器件的数目，约每隔18-24个月便会增加一倍，性能也将提升一倍。换言之，每一美元所能买到的电脑性能，将每隔18-24个月翻一倍以上。这一定律揭示了信息技术进步的速度。

尽管这种趋势已经持续了超过半个世纪，摩尔定律仍应该被认为是观测或推测，而不是一个物理或自然法。预计定律将持续到至少2015年或2020年。然而，2010年国际半导体技术发展路线图的更新增长已经放缓在2013年年底，之后的时间里晶体管数量密度预计只会每三年翻一番。

　　摩尔定律

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。

摩尔定律并非数学、物理定律，而是对发展趋势的一种分析预测，因此，无论是它的文字表述还是定量计算，都应当容许一定的宽裕度。从这个意义上看，摩尔的预言是准确而难能可贵的，所以才会得到业界人士的公认，并产生巨大的反响。

　　专家预测摩尔定律终结

毫无疑问，摩尔法则对整个世界意义深远。不过，随着晶体管电路逐渐接近性能极限，这一法则将会走到尽头。摩尔法则何时失效？专家们对此众说纷纭。早在1995年在芝加哥举行信息技术国际研讨会上，美国科学家和工程师杰克·基尔比表示，5纳米处理器的出现或将终结摩尔法则。中国科学家和未来学家周海中在此次研讨会上预言，由于纳米技术的快速发展，30年后摩尔法则很可能就会失效。2012年，日裔美籍理论物理学家加来道雄在接受智囊网站采访时称，“在10年左右的时间内，我们将看到摩尔法则崩溃。”前不久，摩尔本人认为这一法则到2020年的时候就会黯然失色。一些专家指出，即使摩尔法则寿终正寝，信息技术前进的步伐也不会变慢。

　　摩尔定律或在2021终结

50年前，英特尔创始人之一戈登·摩尔提出了摩尔定律：集成电路上可容纳的电晶体（晶体管）数目，约每隔24个月便会增加一倍。最近几十年，这个定律堪称科技界的铁律，无论是半导体制造商还是芯片设计商，几乎都在按照这个规律发展。

但是，最近两年，以英特尔为首的半导体厂商开始放慢制程的升级迭代之路，而人们也不得不开始讨论摩尔定律的预言是否已经失效，半导体厂商又该如何面对这样的挑战？

从最近一期的半导体国际技术路线图上可以看出，到2021年，微处理器内部的晶体管的尺寸缩小的进度不是放缓，而是将停止缩小，这也就意味着推动半导体行业变革的摩尔定律将正式退出历史舞台。

　　延续摩尔定律究竟有多难？

实际上，过去几十年半导体行业也没有和摩尔定律完全保持一致的节奏。

从 1965 年到 1975 年，芯片上的晶体管数量几乎每年都会翻番；然而在1975年之后，由于技术的限制，周期变为了两年；到上世纪 90 年代末，又回到了正规。

　　而现在半导体厂商又面临了什么样的困难？

目前，半导体制造商最先进的半导体制程已经达到了14nm，正在朝着10nm前进，但这几乎已经无限接近硅材料的物理极限。有人会说，未来还会有7nm和5nm，但事实真会如此吗？

如果继续按照摩尔定律来研发更高级的工艺制程，会面临物理和经济（投入产出比）两方面的挑战。

摩尔定律本身是一条物理定律，但是在硅晶体管的尺寸接近10nm的时候，栅氧化层的厚度只相当于十个原子的厚度。这就会极易产生量子效应，并且导致晶体管的特性难以控制，例如漏电问题。对半导体厂商而言，这是一堵穿不透的墙。

除此之外，因为晶体管尺寸的缩小，芯片制造成本在逐渐增加，长期以往每颗芯片的毛利率甚至还会低于制造的成本。很明显，未来大多数厂商会因投入产出比而选择更具商业价值的制程。

　　如何应对？

即便半导体制造商无法进一步缩小晶体管的尺寸，但这并不代表半导体行业就此停滞不前，业内人士认为有两种方案值得尝试。

不少业内人士表示，虽然晶体管的尺寸无法缩小，但未来能够取而代之的是通过堆叠技术来提升晶体管的密度，这一技术成熟后就可同时保证经济和技术效益。

目前，这样的3D技术事实上已经在存储芯片上得到了应用，例如英特尔推出的3DxPoint闪存技术，它在寿命、存储速度以及容量密度上都要比传统闪存高几个level，另外，三星和闪迪等存储厂商也已经在这一领域推出了各自的产品。

另外，业界还认为我们可以寻找硅材料的替代品，例如利用新型纳米材料可能做出接近分子大小的电路。为此，国内外已经在着手研究这些新的材料。

这众多可能成为硅的继任者之中，石墨烯的呼声无疑是最高的，任正非就曾公开表示，石墨烯时代颠覆硅时代。

石墨烯之所以能受到业界的青睐，是因为它比硅材料有过之而无不及，它是世界上最薄、导电性能最强的材料。石墨烯只有一个原子厚，并且具有强度高、导热和导电效高等优异特性，当石墨烯与与其他元素掺杂或复合也可具有半导体特性。

不过制约石墨烯商业化的是，这种材料目前仍然无法量产，而且石墨烯制备成本也一直居高不下，制造一克石墨烯材料比黄金还要贵出不少。