Page 173 - 信息的脉络

·第三部分·
第二节 摩尔定律的极限

当织布机能自己织布时，人类的奴役将会终结。
——亚里士多德

摩尔定律既不是数学公式，也不是物理定理，它是一个预言，一个过去 60 年
对科技产业和人们生活产生重要影响的预言。当真空管的尺寸无法继续缩小时，
我们用晶体管来取代它们，接着是允许电子在二维方向上运动的集成电路。如今，

它面临着失效的风险。
1975—2012 年，芯片的单元密度和工作速度的增长率一直在稳步提升。2010
年的国际半导体技术路线图预言，芯片密度的增长率在 2013 年将放缓。2015 年，
摩尔本人更是预言，摩尔定律在下一个十年将走到尽头。英特尔公司首席执行官
布莱恩·科兹安尼克（Brian Krzanich）也说，从 2012 年的 22 nm 技术开始，芯片

的发展速度已经慢下来了，这将一直持续到 14 nm 的技术节点，我们现在更新换
代的周期大约接近两年半的时间。2016 年 4 月，他又说，在他 34 年的半导体工业
生涯中，他见证了四次宣称“摩尔定律的终结”。但他们从 14 nm 向 10 nm 进军，

并计划 7 nm 和 5 nm，甚至更小尺寸时，他们的计划一直是按照摩尔定律前行的。
可以预言的是，随着新技术的出现，摩尔定律将会继续向前。最新的微处理
器其特征的鳍结构只有 14 nm，这比大部分病毒（100 nm）还小。实际上，当栅长
小于 10 nm 时，器件对其实际尺寸和材料组成的变化会非常敏感。有人估计，当

基于硅的芯片特征尺寸达到 5 个原子时，电子的漏电流和海森堡测不准原理的效
应将显现，器件将不再实用。而至今还没有什么材料可以取代硅。
2008 年 8 月的 IEEE 会议志，有一篇名为《摩尔定律的量子界限》（The
Quantum Limit to Moore’s Law，JAMES R. POWELL）的文章。文中肯定了 IC 产

业完美地按照摩尔定律发展了 30 多个年头，集成度从不到 100 个晶体管到几十亿
门。近 50 年，半导体的工艺呈指数级增长，英特尔的先进工艺已经达到 7 nm。每
当晶体管的尺寸减小的时候，芯片的性能总会提升，功耗也会降低。到 2000 年，
当存片尺寸降低到 90 nm 时，性能似乎并没有提升，并且功耗问题变得越来越突出。

此外开发投入越来越高，28 nm 节点上开发芯片只要 5130 万美元投入，16 nm 节
点需要 1 亿美元，7 nm 节点需要 2.97 亿美元。
每年，世界五大芯片制造地区的半导体专家组都会提出一份《国际半导体技
术发展蓝图报告》，指出未来半导体芯片制造中校验面临的挑战。在过去几年里，

《国际半导体技术发展蓝图报告》专家组提出了将半导体几何尺寸按比例所思考
的研究和发展目标，即根据摩尔定律的预测，继续减小晶体管尺寸。但如今，专

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