被稱(chēng)為計(jì)算機(jī)第一定律的摩爾定律是指IC上可容納的晶體管數(shù)目，約每隔18個(gè)月便會(huì)增加一倍，性能也將提升一倍。摩爾定律是由英特爾(lntel)名譽(yù)董事長(zhǎng)戈登·摩爾( Gordon moore)經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期觀察總結(jié)的經(jīng)驗(yàn)。1965年，戈登·摩爾準(zhǔn)備一個(gè)關(guān)于計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)器發(fā)展趨勢(shì)的報(bào)告。他整理了一份觀察資料。在他開(kāi)始繪制數(shù)據(jù)時(shí)，發(fā)現(xiàn)了一個(gè)驚人的趨勢(shì)。每個(gè)新的芯片大體上包含其前任兩倍的容量，每個(gè)芯片產(chǎn)生的時(shí)間都是在前一個(gè)芯片產(chǎn)生后的18~24個(gè)月內(nèi)，如果這個(gè)趨勢(shì)繼續(xù)，計(jì)算能力相對(duì)于時(shí)間周期將呈指數(shù)式的上升。 Moore的觀察資料，就是現(xiàn)在所謂的Moore定律，所闡述的趨勢(shì)一直延續(xù)至今，且仍不同尋常地準(zhǔn)確。
人們還發(fā)現(xiàn)這不僅適用于對(duì)存儲(chǔ)器芯片的描述，也精確地說(shuō)明了處理機(jī)能力和磁盤(pán)驅(qū)動(dòng)器存儲(chǔ)容量的發(fā)展。該定律成為許多工業(yè)對(duì)于性能預(yù)測(cè)的基礎(chǔ) 。歸納起來(lái)，“摩爾定律”主要有以下3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(gè)月就翻一番;2、微處理器的性能每隔18個(gè)月提高一倍，而價(jià)格下降一半;3、用一美元所能買(mǎi)到的計(jì)算機(jī)性能，每隔18個(gè)月翻兩番。以上幾種說(shuō)法中，以第一種說(shuō)法最為普遍，第二、三兩種說(shuō)法涉及價(jià)格因素，其實(shí)質(zhì)是一樣的。三種說(shuō)法雖然各有千秋，但在一點(diǎn)上是共同的，即“翻番”的周期都是18個(gè)月，至于“翻一番”(或兩番)的是“集成電路芯片上所集成的電路的數(shù)目”是整個(gè)“計(jì)算機(jī)的性能”，還是“一美元所能買(mǎi)到的性能”就見(jiàn)仁見(jiàn)智了。
戈登·摩爾(Gordon Moore，1929-)：英特爾公司(Intel)的創(chuàng)始人之一。1929年1月3日，戈登·摩爾出生在加州舊金山的佩斯卡迪諾。父親沒(méi)有上過(guò)多少學(xué)，17歲就開(kāi)始養(yǎng)家，做一個(gè)小官員，母親只有中學(xué)畢業(yè)。高中畢業(yè)后他進(jìn)入了著名的加州伯克利分校的化學(xué)專(zhuān)業(yè)，實(shí)現(xiàn)了自己的少年夢(mèng)想。1950年，摩爾獲得了學(xué)士學(xué)位，接著他繼續(xù)深造，于1954年獲得物理化學(xué)博士學(xué)位。
“摩爾定律”歸納了信息技術(shù)進(jìn)步的速度。在摩爾定律應(yīng)用的50多年里，計(jì)算機(jī)從神秘不可近的龐然大物變成多數(shù)人都不可或缺的工具，信息技術(shù)由實(shí)驗(yàn)室進(jìn)入無(wú)數(shù)個(gè)普通家庭，因特網(wǎng)將全世界聯(lián)系起來(lái)，多媒體視聽(tīng)設(shè)備豐富著每個(gè)人的生活。由于高純硅的獨(dú)特性，集成度越高，晶體管的價(jià)格越便宜，這樣也就引出了摩爾定律的經(jīng)濟(jì)學(xué)效益。在20世紀(jì)60年代初，一個(gè)晶體管要10美元左右，但隨著晶體管越來(lái)越小，直到小到一根頭發(fā)絲上可以放1000個(gè)晶體管時(shí)，每個(gè)晶體管的價(jià)格只有千分之一美分。據(jù)有關(guān)統(tǒng)計(jì)，按運(yùn)算10萬(wàn)次乘法的價(jià)格算，IBM704電腦為1美元，IBM709降到20美分，而60年代中期IBM耗資50億研制的IBM360系統(tǒng)電腦已變?yōu)?.5美分。
“摩爾定律”對(duì)整個(gè)世界意義深遠(yuǎn)。在回顧40多年來(lái)半導(dǎo)體芯片業(yè)的進(jìn)展并展望其未來(lái)時(shí)，信息技術(shù)專(zhuān)家們認(rèn)為，在以后“摩爾定律”可能還會(huì)適用。但隨著晶體管電路逐漸接近性能極限，這一定律終將走到盡頭。40多年中，半導(dǎo)體芯片的集成化趨勢(shì)一如摩爾的預(yù)測(cè)，推動(dòng)了整個(gè)信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，進(jìn)而給千家萬(wàn)戶(hù)的生活帶來(lái)變化。
2012年10月28日，美國(guó)IBM研究所科學(xué)家宣稱(chēng)，最新研制的碳納米管芯片符合了“摩爾定律”周期，依據(jù)摩爾定律，計(jì)算機(jī)芯片每18個(gè)月集成度翻番，價(jià)格減半。傳統(tǒng)的晶體管是由硅制成，然而2011年來(lái)硅晶體管已接近了原子等級(jí)，達(dá)到了物理極限，由于這種物質(zhì)的自然屬性，硅晶體管的運(yùn)行速度和性能難有突破性發(fā)展 。IBM公司的研究人員在一個(gè)硅芯片上放置了1萬(wàn)多個(gè)碳納米晶體管，碳納米晶體管的電子比硅質(zhì)設(shè)備運(yùn)行得更快。它們也是晶體管最理想的結(jié)構(gòu)形式。這些優(yōu)異的性能將成為替代硅晶體管的原因，同時(shí)結(jié)合新芯片設(shè)計(jì)架構(gòu)，未來(lái)將使微型等級(jí)芯片實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)創(chuàng)新 。研究人員發(fā)現(xiàn)，電子被捕獲進(jìn)一個(gè)接口處具有一層氧化物或者金屬的半導(dǎo)體后就很容易被抽進(jìn)空氣中，藏匿于該接口處的電子會(huì)形成一層電荷，而且該電子層內(nèi)部的帶電粒子之間的庫(kù)倫排斥力也會(huì)使電子很容易從硅中釋放出來(lái)。他們通過(guò)施加很少量的電壓，有效地從硅結(jié)構(gòu)中提取出了電子，隨后再將電子置于空氣中，使它們能在納米尺度的通道內(nèi)行進(jìn)，而不會(huì)遇到任何的碰撞或者發(fā)生散射。
下載文檔
