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摩尔定律问世已40多年,人们不无惊奇地看到半导体芯片制造工艺水平以一种令人目眩的速度提高。Intel的微处理器芯片Pentium4的主频已高达2GHz,2011年推出了含有10亿个晶体管、每秒可执行1千亿条指令的芯片。这种发展速度是否会无止境地持续下去是成为人们所思考的问题 。
从技术的角度看,随着硅片上线路密度的增加,其复杂性和差错率也将呈指数增长,同时也使全面而彻底的芯片测试几乎成为不可能。一旦芯片上线条的宽度达到纳米(10^-9米)数量级时,相当于只有几个分子的大小,这种情况下材料的物理、化学性能将发生质的变化,致使采用现行工艺的半导体器件不能正常工作,摩尔定律也就要走到尽头 。
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肖先生
从经济的角度看,正如摩尔第二定律所述,20-30亿美元建一座芯片厂,线条尺寸缩小到0.1微米时将猛增至100亿美元,比一座核电站投资还大。由于花不起这笔钱,越来越多的公司退出了芯片行业 [8] 。
物理学家加来道雄(MichioKaku)是纽约城市大学一名理论物理学教授,2012年接受采访时称摩尔定律在叱咤芯片产业47年风云之久后,正日渐走向崩溃。这将对计算机处理进程产生重大影响。在未来十年左右的时间内,摩尔定律就会崩溃,单靠标准的硅材料技术,计算能力无法维持快速的指数倍增长 。
加来道雄表示导致摩尔定律失效的两大主因是高温和漏电。这也正是硅材料寿命终结的原因。加来道雄表示这与科学家们Zui初预测摩尔定律没落大相径庭。科学家应该能继续挖掘硅部件的潜力,从而在未来几年时间里维持摩尔定律的生命力;但在3D芯片等技术也都耗尽潜力以后,那么也就将达到极限 [9] 。
各领域科学家以及产业分析师们都预测到了摩尔定律的失效。然而研究者们同时又提出,不断进步的芯片结构和部件使得摩尔定律依然有效。就连被称作“建立在摩尔定律之上”的Intel公司宣布随着采用纳米导线等技术的新型晶体管逐渐取代传统的半导体晶体管,已经进入“大叔”级别的“摩尔定律”,将不能继续引领电子设备发展的节奏 [9] 。
基于摩尔定律的这种情况,业界提出了“More-Than-Moore”(简称MTM,即“超越摩尔定律”),试图从更多的途径来维护摩尔定律的发展趋势,并且从摩尔定律的“更多更快”,发展到MTM的“更好更全面”。摩尔定律在Logic类和Memory类的集成电路的发展中提出和得到验证,而MTM则适用于更多类型的集成电路,如Analog、RF、ImageSensor、Embedded DRAM、Embedded FLASH、MEMS、HighVoltage等,通过改变基础的晶体管结构(SOI、FIN-FET),各类型电路兼容工艺,先进封装(晶圆级封装、SiP、3D多芯片封装)等技术,使一个系统级芯片能支持越来越多的功能,同样可以降低芯片的成本、提高电路的等效集成度 [9] 。