第350章摩尔定理

作者:蔡泽禹 加入书签推荐本书

在硅片平面上加工而成的,而不是采用凸起的硅台面。

借助这种加工工艺,工程师们可以在晶体管上方用引线将各元件连接在一起,从而在同一片芯片上一次性制作出“集成电路”。德州仪器的杰克?基尔比(jack kilby)最先提出了初期的集成方案,利用架在芯片表面之上的“飞线”将器件连接在一起。但是摩尔的同事罗伯特?诺伊斯(robert noyce)却向世人展示,平面晶体管也可以像立方块一样用来制造集成电路,只需将晶体管镀上一层氧化物绝缘层,然后添加铝来连接器件即可。仙童半导体公司采用了这种新的架构并制造了首批硅集成电路。1961年发布的首款硅集成电路共容纳了4个晶体管,这在当时是一项很了不起的成就。到1965年时,仙童半导体公司已准备发布带有64个元件的芯片了。

掌握了这项技术的摩尔在1965年发表的论文的开篇便作出大胆陈述:“集成电子技术是电子学的未来。”在今天看来,这一声明已不证自明,但在当时却充满了争议。许多人怀疑集成电路只能满足一个小份额市场的需求。

这种怀疑是情有可原的。尽管最初的集成芯片比手工连线的芯片紧凑许多,但它们的成本也高出很多——按照今天的币值计算,每个元件约为30美元,而独立元件的成本却不足10美元。当时市场上只有几家公司制造集成电路,而它们真正的客户也只有nasa和美国军方。

而晶体管性能尚不可靠这一不争事实让问题变得更为严重。在当时制造出的单个晶体管中,只有一小部分——摩尔后来回忆指出,只有百分之十至二十——能够真正发挥作用。将这样的六七个器件一起放在集成电路中,你一定会认为这些小问题会叠加,导致只有极少数的芯片能够正常使用。

然而,这一逻辑却是错误的。事实上,在制造含有8个晶体管的芯片时,能够正常使用的芯片比例与制作8个单个晶体管时的可使用比例是相近的。原因在于这种概率并不是针对单个晶体管而言的。缺陷会占用空间,而多种类型的缺陷会像飞溅的油漆一样随机分布。如果将两个晶体管紧密地放置在一起,单个晶体管自身的缺陷便可以同时影响两个晶体管。因此,将两个晶体管并排放在一起时由缺陷导致的失效风险与单独一个晶体管是相同的。

摩尔确信,最终一定能够证明集成工艺是经济合算的。在1965年发表的论文中,为了证明集成电路拥有无限光明的未来,摩尔在一幅曲线图中按照先后顺序绘制了5个时间点。第一个时间点是仙童半导体公司首款平面晶体管问世,随后是公司的一系列集成电路产品推出的时间。摩尔采用的是半对数曲线图,其中一个轴是分度不均匀的对数坐标轴,另一个轴是分度均匀的普通坐标轴。指数函数在这种坐标图中会被显示为直线。而摩尔所画的,连接这5个时间点的线大约是一条倾斜的直线,其倾斜度恰好对应集成电路上每年翻倍的元件数量。

从这条小小的趋势线

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