摩爾定律的未來.doc

摩爾定律的未來The future of Moores Law湖北師范學(xué)院計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院文理學(xué)院0704班*20074152101*摩爾定律的未來計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 0704班 蔡文慧 摘要：摩爾定律已經(jīng)延續(xù)了43年，隨著半導(dǎo)體芯片上晶體管數(shù)量的增長，芯片密度越來越大，繼續(xù)維 持摩爾提出的增長率將越來越難。但是，摩爾定律不會被終結(jié)。摩爾定律面臨的挑戰(zhàn)使得芯片工 業(yè)不斷發(fā)展，隨著技術(shù)的進(jìn)步，摩爾定律未來將會在不同領(lǐng)域得到更多的橫向應(yīng)用。關(guān)鍵詞：摩爾定律，半導(dǎo)體技術(shù)，石墨烯晶體管The future of Moores LawName: Cai WenhuiCollege：Hubei Normal University Academy of Computer Science and TechnologyClass： 0704Number: 2007415210124 Abstract: The Moores law has last with fourty-three years,as the chip on semiconductors number increacing .But,Moores law wasnt be dead. As tecloledge growing,it has be used more and more.Key words: Moores Law , semiconductor , Graphene transistor1.引言到底什么是“摩爾定律”？歸納起來，主要有以下三種“版本”：（1）集成電路芯片上所集成的電路的數(shù)目，每隔18個月就翻一番。（2）微處理器的性能每隔18個月提高一倍，而價格下降一倍。（3）用一個美元所能買到的電腦性能，每隔18個月翻兩番。 它是英特爾公司創(chuàng)始人之一戈登摩爾（Gordon Moore）總結(jié)的存儲器芯片的增長規(guī)律。當(dāng)然這種表述沒有經(jīng)過什么論證，只是一種現(xiàn)象的歸納。2.摩爾定律的產(chǎn)生1965年4月19日電子學(xué)雜志刊登了一位36歲的工程師的文章往集成電路里塞進(jìn)更多元件，這位名叫戈登摩爾的工程師以一個拗口的句子，對芯片業(yè)作了一個預(yù)言。他說，為了求得最低成本，集成電路的復(fù)雜性大約每一年就會翻一番。摩爾的文章不長，算上幾張圖片和表格，也只有3頁。而且，被安排在了毫不起眼的第114頁。為了更加形象地表述，摩爾把自己的預(yù)言歸結(jié)為:每過1年，一塊集成電路上的晶體管數(shù)量就會翻番。到1975年，摩爾把“翻番”的時間修正為2年。摩爾的預(yù)言完全是一個經(jīng)驗公式的產(chǎn)物，是基于對50年代以來集成電路發(fā)展規(guī)律的總結(jié)和延伸。但是后來的發(fā)展卻很好地驗證了這一說法，使其享有了“定律”的榮譽(yù)。后來表述為“集成電路的集成度每18個月翻一番”，或者說“三年翻兩番”。這些表述并不完全一致，但是它表明半導(dǎo)體技術(shù)是按一個較高的指數(shù)規(guī)律發(fā)展的。 就在摩爾定律提出3年后，英特爾公司誕生了。從它1971年推出第一片微處理器Intel 4004至今，微處理器使用的晶體管數(shù)量的增長情況基本上符合摩爾定律。有人認(rèn)為英特爾刻意要求公司的技術(shù)發(fā)展符合摩爾定律。實際上，在產(chǎn)業(yè)競爭的驅(qū)動下，不按這樣的速度研發(fā)新的產(chǎn)品，企業(yè)就有被淘汰的危險。3.摩爾定律面臨的挑戰(zhàn)摩爾定律面臨的挑戰(zhàn)主要有以下幾點(diǎn):3.1物理尺寸上的極限現(xiàn)有的硅芯片在未來10年將可能達(dá)到物理極限，其單個晶體管的大小將像一個原子 那么大，這將是一個真正的物理極限。目前，大規(guī)模芯片生產(chǎn)已達(dá)到0.25微米工藝。微電子工業(yè)發(fā)展每下一步的線寬大約是前一步的0.7倍，因而0.25微米的下一步是0.18微米，其后是0.13微米、0.09微米、0.06微米。如果芯片生產(chǎn)仍然能以3年翻一番的速度發(fā)展，那么在十幾年之后，就必然會面臨硅芯片技術(shù)的物理極限。3.2漏電流當(dāng)“柵極”的長度小于5nm 時，將會產(chǎn)生隧道效應(yīng)，即由于源極和柵極很近，電子會自行穿越通道，從而造成“0”、“1”邏輯錯誤。Intel的研究結(jié)果證明，隧道效應(yīng)不管晶體管材質(zhì)的化學(xué)特性怎樣都會發(fā)生，當(dāng)縮小晶體管尺寸到了一定程度時，必會產(chǎn)生隧道效應(yīng)。3.3功耗和散熱毫無疑問，處理器的功耗密度不可能無限地提高。盡管可能通過諸多方式來降低功耗，但都不可能從根本上解決這一問題。3.4成本多年以來，硅集成度的提高是靠日益巨大的投資堆積起來的。從早期的用幾百萬美元到目前是20-30億美元建一座芯片廠，按照摩爾定律所描述的發(fā)展規(guī)律，10年以后這一投資將達(dá)到數(shù)百億甚至上千億美元，比一座核電站投資還大。由于花費(fèi)不起這筆錢，迫使越來越多的公司退出了芯片行業(yè)。4.摩爾定律的延續(xù)新型半導(dǎo)體材料的使用2008年4月，權(quán)威的美國科學(xué)雜志發(fā)布，英國曼切斯特大學(xué)物理和天文學(xué)系的安德烈K海姆（Andre Geim）教授和科斯佳諾沃謝洛夫（Kostya Novoselov）研究員開發(fā)出了世界最小的晶體管石墨烯晶體管。他們也因此獲得了2008年諾貝爾物理獎的提名。眾所周知，根據(jù)半導(dǎo)體業(yè)著名的摩爾定律，芯片的集成度每18個月至2年提高一倍，即加工線寬縮小一半。人們普遍認(rèn)為，這一定律還能延續(xù)10年。提出該定律的摩爾本人也曾公開表示，十年之后，摩爾定律將很難繼續(xù)有效，因為采用目前的工藝和硅基半導(dǎo)體材料來延長摩爾定律壽命的發(fā)展道路已逐漸接近終點(diǎn)。硅材料的加工極限一般認(rèn)為是10納米線寬。受物理原理的制約，小于10納米后不太可能生產(chǎn)出性能穩(wěn)定、集成度更高的產(chǎn)品。然而安德烈K海姆（Andre Geim）和科斯佳諾沃謝洛夫（Kostya Novoselov）發(fā)明的石墨烯晶體管有望為研制新型超高速計算機(jī)芯片帶來突破。 新型晶體管石墨烯晶體管將延長摩爾定律的壽命。5.摩爾定律未來在各種領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用 隨著 PC 的普及，摩爾定律的意義開始延伸，從描述集成電路中晶體管的密度，轉(zhuǎn)變?yōu)槊枋鲇嬎銠C(jī)的升級速度CPU的速度、硬盤的容量、內(nèi)存的大小，都遵循著摩爾定律的節(jié)奏奮力竄升。 但是創(chuàng)新僅僅意味著越來越快的 CPU、越來越大的硬盤和內(nèi)存 ? 英特爾常年贊助了電腦游戲的“世界杯”WCG，可是如今，網(wǎng)游開發(fā)商們?yōu)榱诉m應(yīng)大多數(shù)電腦配置不高的現(xiàn)狀，爭相開發(fā)簡單的2D游戲。 這其實是一個很簡單的道理。人們購買汽車，不會一味追求發(fā)動機(jī)的馬力，舒適、安全、便利等綜合性的體驗，才是在成熟市場中競爭需要考慮的東西。 2003年，英特爾推出了新一代筆記本電腦芯片平臺迅馳。觀察家們發(fā)現(xiàn)，這是英特爾第一次發(fā)布主頻速度低于前一款產(chǎn)品的CPU。對于迅馳，英特爾強(qiáng)調(diào)的賣點(diǎn)不是速度，而是無線上網(wǎng)的特性、輕薄的外形 ,以及省電的性能。 迅馳獲得了極大的成功。當(dāng)英特爾在臺式機(jī)市場的占有率稍稍下滑時，在筆記本市場，英特爾地位更加穩(wěn)固了。不過，這是不是意味著摩爾定律徹底失效呢？如果真的失去了摩爾定律的指針，技術(shù)發(fā)展的節(jié)奏感到哪兒去找呢？ 事實上，摩爾定律并沒有失效。盡管在PC領(lǐng)域，速度已經(jīng)不再重要，但其他一些新興領(lǐng)域，倍增效應(yīng)還是隨處可見，比如MP3 播放器，從幾年前的64M已經(jīng)增大到幾個G了；手機(jī)的攝像頭30萬像素已經(jīng)落伍，現(xiàn)在起碼要是130萬吧；iPod 已經(jīng)有60G的了；高清晰度電視，將來的畫面質(zhì)量和信號傳輸要求，都在等著技術(shù)的乘法。 最起碼的，新的摩爾定律已經(jīng)揭示，互聯(lián)網(wǎng)的信息總量，正在以幾何級數(shù)增長；作為應(yīng)對，處理這些信息的技術(shù)，需要摩爾定律的指針。如果說過去，摩爾定律追求的是在“計算力”方面挑戰(zhàn)“垂直極限”，那么在未來 ,摩爾定律則需要在更多個平臺，鞭策技術(shù)進(jìn)步。7.結(jié)束語 有人說“摩爾定律是關(guān)于人類創(chuàng)造力的定律，而不是物理學(xué)定律”。持類似觀點(diǎn)的人也認(rèn)為，摩爾定律實際上是關(guān)于人類信念的定律，當(dāng)人們相信某件事情一定能做到時，就會努力去實現(xiàn)它。摩爾當(dāng)初提出他的觀察報告時，他實際上是給了人們一種信念，使大家相信他預(yù)言的發(fā)展趨勢一定會持續(xù)。人類改造世界的愿望永遠(yuǎn)沒有止境。由此，創(chuàng)新也不會有止