第452章摩尔定理

作者:蔡泽禹 加入书签推荐本书

体管和更大面积的芯片。而后果便是翻倍速度将减半,元件数量从每年翻一倍减缓为每两年翻一倍。

具有讽刺意味的是,事实证明ccd存储器太容易出现故障,因此英特尔公司并未发布该产品。尽管如此,摩尔的预言却在逻辑芯片上得到了验证。以微处理器为例,自20世纪70年代起,微处理器上的元件数量便一直在以每两年翻一倍的速率增加。而带有由完全相同的晶体管组成的大规模阵列的存储芯片则增速更快一些,每隔约18个月,元件数量便会翻倍,其主要原因是这种芯片的设计更为简单。

在摩尔确定的3个技术驱动因素中,有一个变得极为特殊:缩小晶体管的尺寸。至少在一段时间内,缩小mos晶体管——我们现在仍在使用的硅栅晶体管——的尺寸的确能够实现工程领域内极少出现的一项成就:无须权衡取舍。按照以ibm工程师罗伯特?登纳德(robertdennard)命名的度规法则,后继一代的晶体管性能总是比前一代更加优越。晶体管尺寸的不断缩小不仅可令一块集成电路上容纳的元件数量更多,也让晶体管的运行速度更快,耗电量更低。

摩尔定律之所以能够持续有效,在很大程度上便是由这个因素单独决定的,而且在摩尔定律演化的两个不同时期,它一直在发挥作用。在初期,我称之为“摩尔定律1.0”的那个阶段,进步都是通过“按比例增加”实现的,即在一块芯片上增加更多的元件。最初,这样做的目标只是吞并既有应用的分立元件,将它们打包成一套可靠且价格低廉的组件。其结果是芯片的面积越来越大,且越来越复杂。在20世纪70年代早期问世的微处理器就是这个阶段的典型例证。

但在过去几十年里,半导体行业的进步开始由摩尔定律2.0主导。这个时代的主题已经成为“按比例缩小”,即便每块芯片上的晶体管数量不再增加,晶体管的尺寸仍在继续缩小,成本也在不断降低。虽然摩尔定律1.0和2.0时代略有重叠,但从半导体行业的自身发展情况便可以看出“按比例缩小”和“按比例增加”各自的主导时期。在20世纪80年代以及90年代初期,定义行业进步的各代技术(或称“节点”)是按照动态ram的不同系列划分的:例如1989年时,我们是以4兆字节(mb)的dram为节点;1992年则是16mb。随着同一块芯片上容纳的晶体管数量越来越多而成本并未增加,新一代产品意味着芯片的处理能力越来越强。

到了20世纪90年代初期,我们已经开始根据制造晶体管的细微化特性命名我们所处的节点。这一切都是水到渠成的。大部分芯片并不需要容纳尽可能多的晶体管。集成电路的应用领域开始激增,从汽车、设备器械到玩具,简直无所不包。在这个过程中,晶体管的大小——代表着芯片的性能和成本效率——开始成为更具意义的衡量指标。

最终,即便是微处理器也停止了这种在加工技术允许的条件下尽可能快的增容趋势。现在的加工工艺已经允许

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