摩爾定律是否終結(jié)了半導(dǎo)體工業(yè)的生命取決于石墨烯或量子計(jì)算

摩爾定律是否終結(jié)了半導(dǎo)體工業(yè)的生命取決于石墨烯或量子計(jì)算

根據(jù)《自然》雜志的報(bào)道，下一個(gè)將于下個(gè)月發(fā)布的半導(dǎo)體技術(shù)路線圖將采用完全不同的方法。早在2014年，國(guó)際半導(dǎo)體技術(shù)路線圖組織就決定，下一個(gè)路線圖將不再遵循摩爾定律。

1965年，Intel的聯(lián)合創(chuàng)始人Gordon Moore觀察到組件集成度每12個(gè)月翻一番。此外，確保每臺(tái)晶體管最低價(jià)格的單位芯片晶體管數(shù)量每12個(gè)月翻一番。1965年，每臺(tái)芯片50個(gè)晶體管帶來(lái)了每臺(tái)晶體管最低的成本。Moore預(yù)測(cè)到1970年，1,00每個(gè)芯片0個(gè)元件將被集成，而每個(gè)晶體管的成本將減少90%。

經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)的精煉和簡(jiǎn)化，這種現(xiàn)象被稱為摩爾定律：每片晶體管的數(shù)量每12個(gè)月翻一番。

摩爾的觀察并不是基于任何科學(xué)或工程原理，這只反映了工業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)，但在隨后的發(fā)展中，半導(dǎo)體工業(yè)并沒(méi)有把摩爾定律看作是一種描述性和預(yù)測(cè)性的觀察，而是一種規(guī)定性和確定性的規(guī)范，整個(gè)工業(yè)必須實(shí)現(xiàn)摩爾定律預(yù)測(cè)的目標(biāo)。

然而，這一目標(biāo)并非偶然實(shí)現(xiàn)。芯片開發(fā)是一個(gè)復(fù)雜的過(guò)程，需要使用來(lái)自許多公司的機(jī)械、軟件和原材料。為了確保所有制造商按照摩爾定律制定相同的時(shí)間表，該行業(yè)遵循共同的技術(shù)開發(fā)路線圖。半導(dǎo)體協(xié)會(huì)是一家工業(yè)企業(yè)。由Intel、AMD、TSMC、Global Foundries和IBM組成的Try組織自1992年以來(lái)發(fā)布了這一路線圖。1998年，半導(dǎo)體工業(yè)協(xié)會(huì)與世界其他地區(qū)的類似組織合作，成立了國(guó)際半導(dǎo)體技術(shù)路線圖組織。最新路線圖于2013年發(fā)布。

摩爾定律提出的預(yù)測(cè)長(zhǎng)期以來(lái)一直存在問(wèn)題。1975年，摩爾本人更新了摩爾定律，將半導(dǎo)體工業(yè)的發(fā)展周期從12個(gè)月增加到24個(gè)月。在未來(lái)30年里，通過(guò)減小芯片上元件的尺寸，芯片的發(fā)展受到摩爾定律的指導(dǎo)。

然而，到了90年代，僅僅依靠尺寸減小的技術(shù)已經(jīng)走到了盡頭。然而，通過(guò)其他技術(shù)，芯片的發(fā)展仍然符合摩爾定律的預(yù)測(cè)。在90納米的時(shí)代，應(yīng)變硅技術(shù)出現(xiàn)了。在45納米的時(shí)代，一種可以提高電容的新材料出現(xiàn)了。在22納米的年代，三個(gè)柵極晶體管使芯片的性能更加強(qiáng)大。

然而，這些新技術(shù)已經(jīng)走到了盡頭，芯片制造的光刻技術(shù)正處于壓力之下，目前已有14種采用193納米波長(zhǎng)的光進(jìn)行制造，波長(zhǎng)越長(zhǎng)，制造過(guò)程越復(fù)雜，成本越高，認(rèn)為波長(zhǎng)為13.5納米的遠(yuǎn)紫外光希望未來(lái)，但遠(yuǎn)紫外技術(shù)適合芯片制造仍然需要克服工程問(wèn)題。

即使采用了遠(yuǎn)紫外技術(shù)，芯片集成的改進(jìn)程度也不清楚，如果減少到2納米，一個(gè)晶體管只有10個(gè)原子大小，這樣一個(gè)小晶體管的可靠性很可能會(huì)有問(wèn)題，即使這些問(wèn)題得到解決，耗電量也會(huì)繼續(xù)導(dǎo)致隨著晶體管的連接越來(lái)越近，芯片的功耗也會(huì)增加。

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