英特尔公司的戈登·摩尔注意到可以建造在一个集成电路上的晶体管的数目随时间呈现指数形式的增长,从而首先在门电路密度上把稳步的改进加以定量化。在已经过去的28年时间里,指数增长率已经相当于计算机存储单元的四次方的增长,它们可以在大约3.4年的每一个器件世代里被储存在一个记忆集成电路上——一个64000倍的增长!
在集成电路功能性上的指数型增长是和每隔5年几乎翻一番的集成电路市场的指数型增长密切地联系在一起的。
现在,存在着两个公认的因素可能把摩尔定理的定标带向极端。按照摩尔自己的说法,第一个因素是经济上的。建造一个能大量生产集成电路的加工装置的费用已经呈现指数型的增长,其幂因子大约是两个完全的集成电路世代的间隔时间。有时人们就把这一点称为摩尔第二定理。
在1995年,为了建造一个集成电路加工工厂,需要10亿美金,或几乎是全部集成块市场年收入的1%。到了2010年,这样一个加工厂需要300亿到500亿美金(是那个时候整个集成电路市场年收入的大约10%)——如果摩尔第二定理继续成立的话。(www.xing528.com)
威胁摩尔第一定理的第二个因素是,把工业引向这个领域的动力,即互补的金属一氧化物—半导体场效应晶体管(CMOS),可以只取它必须到达路线的工艺部分。半导体工业协会已经建立了一个国家的技术路线图,这个图把现有的容量按指数增长的连续性和一直到2012年得以实施作为一个目标。这个规划需要制造出比现行CMOS的设计在容量上大256倍的、而又不增加功率损失的集成块。如果这个目的被达到了,从能量的量度上看,借助一个简单的制造范例,以硅为基底的集成电路将会实现一个在幅值上大于6次方的运行性能上的改进。与大多数人类的努力上所经历的进展相比,这个增长是非同寻常的。
到了2010年,只要在晶体管的门电路上添加或移走8个电子就可以实现单个晶体管的开启和关闭,而现在却需要几乎1000个电子。小数目的统计将变得很有意义,而在数字电路中区分0和1的能力将会严峻地遇到危机。
到了2020年,几何尺度上的延伸将意味着,只需要不到一个电子就可以开启和关闭一个晶体管。这将突破基本的物理上的极限,而不仅仅是工程上的障碍。
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