1.1.2 摩爾定律

工藝微縮是集成電路制造技術發展的最重要的特征之一。工藝微縮表現為隨著工藝能力的提高，可以加工出更小尺度的器件，這也就意味著在相同面積的芯片上可以集成更多的器件。

1965年4月19日，曾創造了“electronics”一詞的美國著名電子技術雜志《Electronics》刊載了一篇題為“Cramming More Compo-nents onto Integrated Circuits”（讓集成電路承載更多的元器件）的論文，作者即是仙童公司的戈登·摩爾（Gordon Moore）。摩爾依據集成電路產業在1959～1965年6年間的發展趨勢，對這個趨勢進行了觀案、總結并預測：“至少今后10年間（集成電路的集成度）將以每年翻番的速度前進（見圖1.5）”，這就是最初的“摩爾定律”[2]。

圖1.5 1965年發表的“摩爾定律”（資料來源：Intel）

實際那時集成電路剛問世不久，但增長十分迅速。當時摩爾的觀察時間并不長，資料基礎也不扎實，故而只是大致推算。但是，隨著時間的推移，Intel公司的堅持和集成電路產業多年來的實際發展，證明摩爾的預測是準確的，且一直沿用至今。業內人士將它視為推動產業前進的核心動力，并被譽為IT（信息技術）產業的第一定律。

摩爾定律通常的表達方式有兩種：①集成電路上集成的元器件數量每隔18個月翻一番；②微處理器的性能每隔18個月提高一倍，而價格下降一半。這兩種表達方式的內涵大同小異，只是第二種的表達加上了價格的因素。值得一提的是，摩爾本人從未有過“集成電路集成度18個月翻一番”的表述。他在1997年9月接受《Scientific American》雜志采訪時，特別聲明他從來沒有說過“每18個月翻一番”（I predicted we were going to change from doubling every year to doubling every two years，which is kind of where we are now.I never said 18 months）。美國半導體工業協會（SIA）在2001年版的ITRS中引用了每24個月翻一番的論點，并將其一直延伸至2020年。

摩爾定律持續生效在很大程度上應歸功于半導體加工工藝微細化方面的不斷進步。半導體工藝的微細化大約是加工尺寸每3年縮小60%～70%，如果加工尺寸縮小60%，芯片面積就能縮小近1/3，從而得以實現摩爾定律表達的集成度幾乎每18個月翻一番的規律。縱觀半導體工藝微細化的發展速度，從0.1μm開始變得緩慢，到30nm后的發展速度更進一步放慢，如圖1.6所示。

圖1.6 半導體加工工藝的發展

摩爾定律誕生至今已有50余年了，并一直沿用到現在，受到了業界的普遍認可和贊譽。它幾乎影響了電子產業的所有領域，涵蓋電子元器件的尺寸、價格、密度和速度，產品的性能和存儲容量，傳感器的敏感度、時鐘速度甚至圖像芯片的像素等。正是因為集成電路上的晶體管數量成倍增長，使芯片能夠承載越來越復雜的電路系統。電子產品不僅變得越來越小，而且實現性能提升、節約能源、價格更便宜，從而推動了信息技術革命，催生了筆記本電腦、智能電話、可穿戴設備等。一臺計算機的價格比起40年前，已然便宜了許多，而一部智能手機擁有的計算能力，已經超過了20世紀90年代計算機科學家使用的工作站。