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摩尔定律:我这一辈子(下)

我们回顾了上世纪60年代摩尔定律被提出的时代背景与半导体行业的发展实践,在下篇中我们将认识影响摩尔定律的三大要素,了解摩尔定律1.0的「扩容」与摩尔定律2.0的「缩减」都是怎么回事。在经过五十年的

  咱们回忆了上世纪60时代摩尔规律被提出的时代背景与半导体职业的开展实践,在下篇中咱们将知道影响摩尔规律的三大要素,了解摩尔规律1.0的「扩容」与摩尔规律2.0的「减缩」都是怎么回事。在通过五十年的开展后,摩尔规律今日现已进入3.0时代,或许在不久的将来它会推出前史的舞台,可是它留下来的光芒遗产将会一向影响半导体职业的开展。

  在摩尔规律被提出十年之后的 1975 年,戈登摩尔从头审视了此前他做出的猜测,而且做出了批改。在 1975 年的 IEEE 世界电子设备大会上,摩尔关于此处批改往后的规律做出了解说,其切入点便是回答集成芯片上的元件是怎么完成翻倍这一存在于人们心中的疑问。摩尔指出有三个要素导致了这一趋势:不断缩小的元件体积,不断添加的芯片面积以及「工程才智」,也便是说工程师们可以削减集成芯片上晶体管之间无用的空间。

  摩尔以为之所以摩尔规律可以不断被实践所证明,有一半要归功于前两种要素,其他则满是「工程才智」的劳绩。可是摩尔表明一旦英特尔公司所出产的 CCD 内存投入市场之后,工程才智或许就不再那么需求了。在 CCD 内存中,一切的元件摆放的十分严密,它们之中将不再见存在被糟蹋的空间。因而摩尔再次猜测跟着晶体管越来越小,集成芯片越来越大,集成芯片上的元件数量翻倍添加所用的时刻将会越来越少。在 1965 年时他曾猜测这个数量会每两年添加一倍,现在他将这个速度批改到了每年添加一倍。

  不过具有挖苦意味的是,由于 CCD 内存被证明很简略犯错,所以英特尔公司根本就没有发行该产品。可是摩尔的猜测却在逻辑芯片、微处理器的开展中得到了证明,从上世纪七十时代初期开端,这些芯片就现已按照了每两年所包括元件翻一番的速度在开展。而包括了大规模相同晶体管的内存芯片其开展速度就更快了,现已到达了每隔十八个月其包括元件就翻一番的速度,到达这一添加速度大部分要归于其规划工艺更为简略。

  在影响摩尔规律完成的三个要素中,有一个要素是需求特别对待的,那便是缩小晶体管的尺度。至少在可见的一段时刻范围内,缩小晶体管的尺度是有必要为之的,在这个问题上不存在权衡问题。依据 IBM 工程师 Robert Dennard 提出的缩放份额规律(译者注:缩放份额规律,跟着芯片上晶体管数量的添加,功率密度有必要坚持不变),新一代的晶体管总是在不断进步。尺度减缩的晶体管不仅仅是的集成电路可以包括更多的元件,一起也让晶体管自身作业的更快、耗能更少。

  

 

  晶体管的尺度问题直接影响到了摩尔规律是否能持续发挥作用,在不断开展的过程中,针对晶体管产生了天壤之别的处理办法。在被咱们成为摩尔规律 1.0 的前期阶段中,集成芯片的功能想要有所进步,一般需求依托「扩容」——也便是在芯片上添加更多的电子元件。起先,想要完成这一方针看上去比较简略,只要将包括了电子元件的各类应用程序进行牢靠且廉价的打包起来就行。可是这种做法的结果是使得集成芯片变得越来越大,也越来越杂乱。在上世纪 70 时代初期,为了处理这一问题,微处理器诞生了。

  不过在曩昔的几十年中,半导体职业的长足进步主要是由摩尔规律 2.0 推进的。这个阶段被人们称作「减缩」,也便是说在集成芯片上所包括的晶体管数量不变的情况下,缩小晶体管的尺度而且下降其制作本钱。

  尽管摩尔规律 1.0 时代与 2.0 时代在时刻上有所重合,可是在半导体工业的开展过程中可以看出「减缩」比较「扩容」是逐步占有了主导位置。在上世纪 80 时代到 90 时代初期,半导体技能就开展到了一个要害「节点」上,咱们将这一开展时期称为「RAM 时代」,在 1989 年呈现了 4M DRAM,而到了 1992 年 16-MB DRAM 也呈现了。每一次进化都意味着集成芯片的作业能力变得更强壮,由于在不添加本钱的情况下单个芯片中所能包括的晶体管变得越来越多。

  在上世纪 90 时代初期,咱们开端更多地依托「减缩」来改造晶体管。挑选这条开展路途是很自然而然的,由于大多数的芯片不再需求尽或许多地包括晶体管。集成电路在此刻现已开端被大规模地运用于轿车、电子设备乃至是玩具之中,正由于如此,为了进步集成电路的功能而且下降制作本钱,怎么减小晶体管的尺度现已成为了要害问题。

  终究,即便技能答应,微处理器的体积也不再像之前相同不断扩大。尽管现在的制作技能现已可以完成在逻辑芯片上安放 100 亿个晶体管,可是在实践之中很少有集成芯片会到达这一数值。这在很大程度上来说,是由于集成芯片的规划现已跟不上了。

  摩尔规律 1.0 至今依然运用在图形处理器、现场可编程器材以及针对少量超级计算机的微处理器中,可是除此之外,摩尔规律 2.0 现已占有了控制位置。不过时至今日,这个规律持续在发生变化。

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