纪念摩尔定律50周年

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摘要：为纪念摩尔定律发表50周年，本文全面介绍了摩尔定律的最初提出，其一直作为信息技术工业的第一定律，它不仅有力地促进

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关键词：摩尔定律；Intel公司；工艺微细化；信息；3D化；三五族半导体；量子计算机；仿脑计算机

摩尔定律的提出

1965年4月19日，曾创造了“electronics”一词的美国著名电子技术杂志《Electronics》（《电子学》，早巳停刊）刊载了一篇论文“Cramming MoreComponents onto Integrated Circuits”（“让集成电路装进更多的元器件”），作者即Intel的合作创始人Gordon Moore（摩尔）[英特尔公司，1968年创立年营收2672美元、去年达559亿美元，久执世界半导体公司之牛耳。笔者插一句，创立时主要领导是摩尔和集成电路发明人之一的诺伊斯（R.N.Noyce）二人，原计划起名“Moore Noyce”，认为不太理想，且有“more noise”（更多噪声）之谐音，故借助“IntegratedCircuits”而取名“Intel”。格鲁夫（A.Grove）是最早为数不多的的员工之一，多才多智，为公司克艰避难，快速发展屡著劳绩，1976年升任公司首席运营官，19 87年任总裁，1997年取代摩尔任董事长，超前决策，威望夙著，有《高产出管理》-书问世，风靡一时、故后常把三人相提并论]。摩尔时任FairchildSemiconductor（仙童半导体公司’）研究开发实验室主任，文章是应《电子学》杂志成立35周年而写。摩尔依据集成电路产业在1959年～1965年6年间的发展倾向、进行了观察、总结并预测： “至少今后10年间（集成电路的集成度）将以每年翻番的速度前进（图1）。”

集成电路于1959年研发成功，大约是5个元器件、1965年时单块集成电路上也不过集成了30个元器件，摩尔推断10年后到1975年时可增长到6万个。杂志刊载的原文是这样的：“Theser[1965]were the very early days ofintegrated circuits that typically 30 components and I could seein the lab， we had something with 60 components that would belaunch in the next years”、“So Ilooked back and saw thatwe had pretty much doubled the components every year， so Itook this and extrapolated for the next ten years t0 60，000.”

实际那时集成电路问世不久，可增长十分迅速，摩尔观察时间并不算长，资料基础不扎实，故而只是连自己信心都不强的大致推算，他说： “It got the ideaacross， but I didn't expect it to be prease.” “I could justsee the trends earlier than some others， someone called itMoore，s Law.”当时在杂志上发表后、读者也没什么反响。但是，随着时间的前进，Intel公司的坚持，集成电路产业的实际发展、多少年来的事实证明摩尔的预测是准确的，且一直沿用至今，将它视为推动产业前进的核心动力，被誉为IT（信息技术）产业的第一定律。摩尔是比人看得早一点，反映了摩尔的过人洞察力和预见性。

摩尔定律通常的表达方式有二：（1）集成电路上集成的元器件数量每隔18个月翻一番；（2）微处理器的性能每隔18个月提高一倍、而价格下降一半。两种表达的内涵大同小异，第二种表达加上了价格的因素（当然很重要），二者最大的一致是都说“18个月（一年半）”而非摩尔所说的“每年翻番”。的确， “摩尔定律”这一概念的提出并不是摩尔自己，摩尔也说是“someone called it Moore's Law.”摩尔反倒说过：同在Intel工作的Dave House曾经提出， “计算机的功率大约每18个月翻一番”，因而摩尔认为“18个月翻番”的提法应归功于他。今天通用的“18个月翻番”的提法究竟是否即由此而来，笔者查阅了不少资料，还是不无歉意地难道其详。

摩尔定律的发展

摩尔定律提出以后包括摩尔在内一直在进行修正，据报道，1975年摩尔即在IEEE年会上提交了论文，根据当时实际的发展情况即对增长率作了重新审定和修正，他说：“from 1975 it was doubling everycouple of years rather than every year”（1975年后两年翻一番）。笔者所见的具体报道是这样的：按集成电路的集成度计算，1965年～19 70年间其上的晶体管数是每年翻一番，1970年～2003年间为1.5年～2年翻一番，2003年～2009年间2年翻一番、往后将是3年翻一番。《日经电子学》最新报道则说：从摩尔定律提出以后，集成度增速曾被修正为“2年2倍”（即2年翻番）和“1.5年2倍”（1年半翻番）等。总之，摩尔定律提出的增长率从未停止过，只是速度在趋缓罢了。

Intel公司是一直力挺摩尔定律的，就其生产的处理器而言，1971年推出的4004处理器上仅集成了2300个晶体官，而到2004年推出的Itarium2处理器进步到5.92亿个，33年的年均增长率为46%（1年长半倍）。从DRAM的存储容量来看，则1970年为4Kb，2005年达到32Gb，35年的年均增长率为57%（更快一点，1年半倍多）。

摩尔定律持续生效在很大程度上应归功于半导体加工工艺微细化的不断进步。半导体工艺的微细化大约是每3年缩小60% N70%，加工尺寸缩小60%，芯片面积就能缩小近1/3，从而使摩尔定律得以实现集成度每1年半翻番的规律。纵观半导体工艺微细化的发展速度，从0.1μm后开始缓行，从30nm后的发展速度更进一步放慢（图2）。

摩尔定律的功绩

摩尔定律诞生至今已整整50年了，从未失准，始终适用，受到了业界的普遍认可和赞誉，说“摩尔定律的重要性怎么形容也不为过”！它的影响及于电子产业的一切领域，涵盖电子元器件的尺寸、价格、密度和速度，产品的性能和存储容量，传感器的敏感度、时钟速度甚至图像芯片的像素等。正是因为集成电路上的晶体管数量成倍增长使芯片能够搭载越来越复杂的电路系统，使电子产品不仅变得越来越小，而且性能提高、能源节约、价格便宜，推动了信息技术革命，催生了个人电脑、以iPhone为代表的移动电话、可穿戴设备等等。一台计算机的价格比起40年前，已然便宜了许多倍，而一部智能手机拥有的计算能力，已经超过了20世纪90年代计算机科学家使用的工作站。

50多年前，信息的传递既昂贵又缓慢，今天，互联网把计算能力日益强大的服务器、PC和移动终端连接在一起，彻底改变了人与信息的关系，瞬息之间信息可以免费传递到世界任何一个角落。摩尔定律彻底改变了我们的生活，世界己到了人手一机（手机）的地步，以前一般认为：“衣食住行”是人生的四大需求，而今则必须再加“信”（通信），而成为“衣食住行信”五大需求。摩尔定律的一大效应是把信息权力（power）交给了每一个人，让每个人都拥有信息权利（right），信息不再为少数人所垄断，从而改变了人与人、人与社会、人与万物乃至物与物之间的关系。摩尔说，摩尔定律既关乎硅技术的延伸性，也关乎经济学（和社会学）。在工业化时代，社会与经济间最大的中介就是大众传播媒体（mass media），从生产、商业到最终消费者之间的信息流动，存在着这样一条复杂的链条：研发一产品一销售一市场一公关一记者一编辑一印刷一发行一读者。信息单向流动而缺少互动：信息不对称而存在鸿沟。摩尔定律效应大大削弱了大众媒体的作用，特别是纸媒体受到巨大冲击：读者的阅读变为消费者的网络搜索，并可越过销售中介直接与厂商对话。信息的显著活跃和自由流动使人类大踏步地迈进了信息时代！

在摩尔定律诞生50周年之际，由三位作者ArnoldThackray（化学家）、David c.Brock（史学家）和Rach elJones（记者）合著了一册名为“Moore，s Lawrlhe Life ofGordon Moore， SiliconValley，s Quiet Revolutionary（《摩尔定律 戈登‘摩尔的一生，硅谷寂静的革命者》）的传记（至今唯一的一本有关传记，据查似尚无中译本）。书中写道：今日世界从你口袋里装的手机到你驾驶的汽车，从社会媒体的巨大吸引力到五角大楼的战略制定，无一不是由硅晶体管技术引导而成。年复一年，至今半个世纪，这些小东西的能力不断增大，就如剧烈震荡的政治或社会革命一样，改变了人类的历史进程。革命的核心人物就是一位文雅的加利福尼亚人：戈登・摩尔。《华尔街日报》发表评论说： 《摩尔定律传》全面描述了摩尔的人生经历和他功盖千秋的预测。摩尔的预测无比准确，使他青史留名，成为硅谷传奇。传记对摩尔其人，特别是摩尔定律作了践履笃实的历史评价（未完待续）。