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来源：太平洋电脑网
【PConline 资讯】摩尔定律一直是这些年业界讨论的热点，英特尔联合创始人戈登·摩尔(GordonMoore)早在1965年提出了摩尔定律的理论。根据这种理论，芯片上的晶体管数量在大约每两年时间里会增长一倍，而且要做到这一点不要付出昂贵的成本。但是最近据Computer World报道，一位知名的理论物理学家称摩尔定律即将崩溃。
摩尔定律的发现及提出
Gordon Moore（戈登·摩尔）在1965年提出“摩尔定律”。据报道称，1965年有一天摩尔离开硅晶体车间坐下来，拿了一把尺子和一张纸，画了个草图。纵轴代表不发展的芯片，横轴为时间，结果是很有规律的几何增长。这一发现发表在当年第35期《电子》杂志上，是他一生中最为重要的文章。这篇不经意之作也是迄今为止半导体历史上最具意义的论文。
摩尔定律创始人戈登·摩尔
在1965年提出“摩尔定律”之后，戈登·摩尔在1968年创办了Intel公司。又在1990年被布什总统授予“国家技术奖”。直到2001年退休，戈登·摩尔才退出了Intel的董事会。
戈登·摩尔回忆摩尔定律的发现时称，是因为在写一篇集成电路的文章时，发现一个芯片的容量会逐年递增。从60个元件扩展到64000个，每年翻番，而价格上则是相应的逐年递减，当时买一个元件的价格10年后可买一个集成芯片，这是一个长期推断。摩尔认为，工艺技术的进步使计算机性能保持几何级数增长。这种增长非常有规律。由于其可预见性和重要性就被正式定义为摩尔定律：微处理器芯片的电路密度，以及它潜在的计算能力，每隔一年翻番。
为了使摩尔定律更为准确，在摩尔定律发现后10年，1975年的时候，摩尔又做了一些修改。将翻番的时间从一年调整为两年。正是因为这个定律，“摩尔定律”带来的经济学效益，使其成了英特尔公司的发展指针。摩尔定律神奇地灵验了30多年，连摩尔自己也惊讶不已。
摩尔定律今年的摇摆阶段
摩尔定律风光了这么多年，其实早已有人开始对此产生质疑。就连英特尔联合创始人、“摩尔定律”发明人戈登·摩尔（Gordon Moore）也在07年的时候表示，摩尔定律将在15年内失效。
碳纳米晶体管
按照摩尔定律，单位面积芯片上的晶体管数量大约每18个月增加一倍。多年以来，芯片产业一直遵循着这一定律。但是随着芯片技术的不断深入，新产品的研发速度越来越缓慢，很多分析人士认为摩尔定律注定要失效。
虽然业内认为著名的“摩尔定律”年限将到，但是另一个现实是能够看到CPU的运算能力还是在快速提高。
纽约市立大学理论物理教授加来道雄(Michio Kaku)表示，这项延续了47年之久的定律已经时日无多，这可能会对计算机处理器的进化造成影响。
加来道雄表示，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。
“在大约10年时间里，我们将会看到摩尔定律的崩溃。”加来道雄说道。事实上，我们已经看到摩尔定律正在减速，运算能力已经无法利用标准的硅技术来维持其迅速的指数级增长。跟此前的许多科学家一样，加来道雄也在最近表示，有两个主要问题将会导致摩尔定律脱轨，那就是高温和泄漏。“这就是为什么说硅时代将最终走向完结的原因所在。”他说道。
多年以来，多名经济学家和行业分析师一直都在预测摩尔定律将会死亡；而多年以来，研究者一直都在推进技术的发展，改进芯片结构和部件，从而让这条定律活到了现在。
摩尔定律的拯救复活之路
在2008年秋天，蒙特利尔麦吉尔大学的研究者发布报告称，他们已经发现了一种新的物质状态，能在很大程度上延长摩尔定律的存续时间。这些研究者利用比星际空间低100倍的温度，找到了一种准3D电子晶体，这种晶体能使其利用量子物理学来制造越来越小的计算机芯片。
来自于麦吉尔大学和美国桑迪亚国家实验室的科学团队发布报告称，他们已经制造了一种最小型的电子集成电路，从而为形体更小、功能更加强大的的移动设备铺平了道路。行业分析师迅速指出，这种发现将可延长摩尔定律的寿命。
IT分析师帕特里克·摩尔海德称：“过去20年时间里每一条有关摩尔定律将会死亡的传闻都有着非常好的数据支持，但科技行业已在某种程度上找到了一条继续走下去的道路。不过，在芯片设计和制造达到分子级别以后，想要继续走下去的成本确实变得更加高昂，而且也更加难以做到。”
CPU/GPU混合架构
但科学家正致力于保持摩尔所预测的进化步伐，其中一个研究课题是光电，也就是数据通过光而非铜导线来传输。此外，3D部件和CPU/GPU混合系统也是研究的方向之一。科学家还将目光投向了硅技术以外，把重点放在了量子计算和分子计算机上。加来道雄认为，分子计算机很有前途，但量子计算则存在“巨大的问题”，要到21世纪末叶才能真正成熟。
IBM对摩尔定律的系列拯救一
2007年4月的时候，IBM实现了一种突破性的芯片堆叠技术，此举为制造三维芯片扫清了障碍，摩尔定律也将因此而突破原来预期的极限。这种被称为“穿透硅通道（through-siliconvias）”的技术可以大大缩小不同芯片组件之间的距离，从而设计出速度更快、体积更小和能耗更低的系统。
IBM的这项突破实现了从二维芯片设计到三维芯片堆叠的转变，将传统上并排安装在硅圆片上的芯片和内存设备以堆叠的方式相互叠加在一起，最终实现了一种紧凑的组件层状结构，大大减小了芯片的体积，并提高了数据在芯片上各个功能区之间的传输速度。
IBM半导体研发中心副总裁LisaSu表示：“这一突破性的进展是IBM开展十多年探索研究的成果。我们可以将三维芯片从实验室走向制造生产环节，来支持各种各样的应用。”
三维芯片堆叠的转变
这种IBM新方法是依靠新的穿透硅通道技术而非长金属电线来连接目前的二维芯片，这实际上是在硅圆片上蚀刻出来的垂直连接通道，并在其中注满金属。这些通道可以使多个芯片堆叠在一起，同时支持芯片之间更大信息量的传输。
这项工艺将信息在芯片上传输的距离缩短了1000倍，与二维芯片相比可以增加最多100倍的信息通道或路径。
IBM已经在自己的生产线上运行使用这种穿透硅通道技术的芯片，并将在2007年下半年开始为客户提供使用这种方法制造的芯片样本，同时在2008年投入生产。这种穿透硅通道技术最早将被用于无线通信芯片领域，这些芯片将被安装在无线LAN和蜂窝应用所使用的功率放大器之中。另外，三维技术也将应用于更广泛的芯片应用领域，包括目前那些运行在IBM高性能 服务器和超级计算机中的芯片，这些服务器和超级计算机支持着全球的商业活动、government和科学研究工作。
IBM对摩尔定律的系列拯救二
随着集成电路晶体管尺寸越来越小，CPU内存等芯片的发展势必与摩尔定律有些出入。要想继续按照摩尔定律发展，寻求新材料就成为一种必然，2011年12月，IBM就展示了碳纳米晶体管，声称其小于10nm，而在2012年第一个月底，具体尺寸也公布了，IBM声明其碳纳米晶体管的制程工艺为9nm。相比英特尔2015年才能达到10nm制程工艺的计划，摩尔定律的拯救还是要靠新技术新材料。
9nm碳纳米晶体管
在寻找替代硅晶体管的新材料的道路上，IBM无疑走在前列。2011年12月中旬，在IEEE的一个电子设备会议上，IBM的科学家向世界展示了全球第一个小于10nm的晶体管，与目前一般的硅晶体管不同的是，其采用的是碳纳米材料。其9nm制程的碳纳米晶体管也是目前最小的晶体管。
碳纳米晶体管
IBM的研究人员指出，虽然碳纳米晶体管在发展初期还有许多地方需要研究，但是在尺寸上有着巨大优势。IBM相信10年内碳纳米晶体管技术将会得到普遍应用。
在集成电路的晶体管数目的规律上，业界有一个著名的摩尔定律。摩尔定律指出，当价格不变时，集成电路上可容纳的晶体管数目，约每隔18个月便会增加一倍，性能也将提升一倍。该定律是由英特尔创始人之一摩尔提出，这些年来一直与芯片的发展相符。
硅晶元
然而随着集成电路上得晶体管密度越来越大，其在密度上得增加就越来越困难。摩尔定律必将将晶体管的大小带到了一个物理上得极限。
英特尔晶体管研制计划
有报道指出，现阶段普遍应用的硅晶体管在尺寸上有一个10nm的物理极限。目前硅晶体管制程已经推进到22nm，14nm也近在咫尺，然而根据英特尔2011年的一份技术资料，其10nm制程的CPU要等到2015年。而且10nm也接近了硅晶体管的物理极限。相比之下，要想摩尔定律继续有效，碳纳米材料更有希望提升晶体管密度来拯救摩尔定律。
拯救摩尔定律，提升集成电路晶体管密度，除了之前比较热门的3D结构外，新材料的寻找是根本的解决之道，就像世界能源从当初的煤、再到后来的石油、以及现在的天然气，有人分析称每一个能源在达到极限时，必然会有另外一种替代品。同样，随着人类的探索与科技的不断进步，新材料必取代如今的集成电路中的硅晶体材料。
IBM对摩尔定律的系列拯救三
对于摩尔定律的发展抑或是灭亡，IBM服务器电脑设计研究员卡尔·安德森(CarlAnderson)表示，所有行业的指数化增长最终都将结束，他列举了铁路运输速度增长的例子。安德森说：“芯片业指数化增长趋势还能再维持一到两代，但仅适用于那些先进芯片，比如多核心芯片。而且越来越多的设计师发现，日常应用并不需要芯片业保持指数化增长。”因此，摩尔定律将在短时间之内失去效力。
摩尔定律也使芯片业研发和生产成本非常高昂，几乎没有公司可以承受用数十亿美元建造和维持芯片工厂。IBM认为尚有三种新一代技术有望取得跳跃式进步，它们是：光学互连、3D芯片，以及加速处理技术。
HP对摩尔定律的拯救
惠普研发部门在曾经也表示找到了提高芯片整体性能的新方法，如果进展顺利，则意味着著名的“摩尔定律(Moore'sLaw)”今后多年内将仍然有效。
惠普称，已发现了将传统“互补金属氧化物半导体(CMOS)”技术与纳米技术综合运用于混合电路上的新方法，从而将有利于提高芯片上的晶体管密度和降低芯片能耗，并大幅度提高芯片成品率。
互补金属氧化物半导体
惠普实验室量子科学研究主管斯坦·威廉斯(StanWilliams)表示，随着常规芯片尺寸继续缩小，摩尔定律将不可避免地与物理学法则存在冲突；但如果惠普上述新方式被证明可行，将意味着摩尔定律今后多年内仍然有效。惠普称，利用上述新方法，将使芯片晶体管密度提高8倍，能耗也低于当前常规芯片；同时还能使用当前规格的晶体管来制造新芯片，即现有芯片加工厂只需稍加调整便可生产新芯片。
惠普称，虽然上述新方法仍处于概念阶段，但计划于今年年内开发出新芯片原型。惠普研发人员还预计，到2010年时，将出现使用15纳米线与45纳米CMOS工艺相结合的新技术，这就相当于在无需压缩晶体管体积的前提下，可把处理器向前发展三个等级。业界人士表示，如果惠普上述新技术能得以实际应用，则意味着今后计算机不但整体能耗能够显著降低，系统处理能力也将大幅度提高。
摩尔定律真的已到尽头？
NVIDIA首席科学家兼研发高级副总裁William Dally在两年前就曾公开发表评论称，摩尔定律已经无法在推动微处理器计算性能的提升，同时处理器(CPU)已经无法满足高性能需求。
摩尔定律预测说晶体管的数量会每年翻一番，之后又修正为每18个月。这个预言还有另一层含义：晶体管数量每18个月翻番的同时，处理器性能也会加倍。(摩尔)还预言说每个计算单元的功耗会随着晶体管数量的增加而减少，使得计算性能提升的同时处理器整体功耗维持不变。这种功耗以及晶体管的改进是提升处理器性能的前提，但是很多人没有注意到的是，这种功耗的变化已经终止了，因此摩尔定律预言的处理器变化现在也僵死了。处理器性能不再每18个月翻一番。
William Dally认为，通过连接两颗到12颗处理器来建造并行计算机并为连续性能而优化，这种我们通常称之为多核心的做法并不成功。它类似于把翅膀放在火车上来建造飞机。传统的串行处理器平均功耗太高，不适合执行并行程序，性能也无法像历史上那样继续提升。”
这番长篇大论显然不仅仅是为了指点处理器的江山，更是为了强调其图形处理器(GPU)在并行计算方面的优势和重要性，以及对整个计算产业发展的支柱作用。虽然没有了以往CPU、GPU谁更重要的论战时的尖锐语言，但是NVIDIA的态度依然没有变化，仍在努力将GPU推向中心地位。
他认为并行计算是维持计算性能提升的唯一途径，将会继续改变全世界的产业、经济和人类幸福。计算行业必须将软件开发与培训的重点放在并行计算而非多核心处理器之上。
但是加百利咨询集团(TheGabrielConsultingGroup)分析师丹·奥尔兹(DanOlds)称：“研究者一直都在探究如何设计和开发新材料的问题，试图藉此以合理的成本带来更高的性能。我们看到，这种进步已经渗透到了市场的各个角落。英特尔三栅极晶体管(Tri-GateTransistor)就是一个很好的例子，它提高了晶体管的接触面积，在功耗减少的情况下将性能提高了30%。”
英特尔在最新的IvyBridge芯片中发布了三栅极晶体管，这种芯片是该公司在上个月推出的。
行业分析公司Pund-IT分析师查尔斯·金(CharlesKing)称，摩尔定律可能会按常规发展，但他并不担心这将对计算机行业的进化造成何种影响。他指出：“你可以争辩称，这个概念正在与物理学的棘手障碍相抵触。到最后，大量基本上能反映自己所在时代和地点的定律都将无可避免地随着时间的推移而变得不合逻辑。”
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