摩尔定律与集成电路

摩尔定律看集成电路
所谓摩尔定律,就是指当价格不变时,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。换言之,每一美元所能买到的电脑性能,将每隔18个月翻一倍以上。它是由英特尔公司创始人之一戈登·摩尔提出来的。
这一定律揭示了信息技术进步的速度。尽管这种趋势已经持续了超过半个世纪,摩尔定律仍应该被认为是观测或推测,而不是一个物理或自然法。预计定律将持续到至少2015年或2020年。然而,2010年国际半导体技术发展路线图的更新增长已经放缓在2013年年底,之后的时间里晶体管数量密度预计只会每三年翻一番。1965419日,《电子学》杂志(Electronics Magazine)第114页发表了摩尔(时任仙童半导体公司工程师)撰写的文章〈让集成电路填满更多的组件〉,文中预言半导体芯片上集成的晶体管和电阻数量将每年增加一倍。 
1975年,摩尔在IEEE国际电子组件大会上提交了一篇论文,根据当时的实际情况对摩尔定律进行了修正,把“每年增加一倍”改为“每两年增加一倍”,而现在普遍流行的说法是“每18个月增加一倍”。但19979月,摩尔在接受一次采访时声明,他从来没有说过“每18个月增加一
倍”,而且SEMATECH路线图跟随菱角剥壳机24个月的周期。大抵而言,若在相同面积的晶圆下生产同样规格的IC,随着制程技术的进步,每隔一年半,IC产出量就可增加一倍,换算为成本,即每隔一年半成本可降低五成,平均每年成本可降低三成多。就摩尔定律延伸,IC技术每隔一年半推进一个世代。摩尔定律是简单评估半导体技术进展的经验法则,其重要的意义在于长期而言,IC制程技术是以一直线的方式向前推展,使得IC产品能持续降低成本,提升性能,增加功能。1998年时,台积电董事长张忠谋曾表示,摩尔定律在过去30年相当有效,未来1015年应依然适用。但最新的一项研究发现,摩尔定律的时代将会退出,因为研究和实验室的成本需求十分高昂,而有财力投资在创建和维护芯片工厂的企业很少。而且制程也越来越接近半导体的物理极限,将会难以再缩小下去。由于高纯硅的独特性,集成度越高,晶体管的价格越便宜,这样也就引出了摩尔定律的经济学效益,在20世纪60年代初,一个晶体管要10美元左右,但随着晶体管越来越小,直小到一根头发丝上可以放1000个晶体管时,每个晶体管的价格只有千分之一美分。据有关统计,按运算10万次乘法的价格算,IBM704计算机为85美分,IBM709降到17美分,而60手机绑定cellid年代中期IBM耗资50亿研制的IBM360系统计算机已变为快速运输3.0美分。 摩尔定律的定义归纳起来,主要有以下三种版本:集成电路芯片上所集成的电路的数目,每隔18个月就翻一倍。微处理器的性能每
18个月提高一倍,或价格下降一半。用一个美元所能买到的计算机性能,每隔18个月翻两倍。以上几种说法中,以第一种说法最为普遍,第二、三两种说法涉及到价格因素,其实质是一样的。三种说法虽然各有千秋,但在一点上是共同的,即翻倍的周期都是18个月,至于翻倍的是集成电路芯片上所集成的电路的数目,是整个计算机的性能,还是“一个美元所能买到的性能”就见仁见智了。
摩尔第二定律:摩尔定律提出30年来,集成电路芯片的性能的确得到了大幅度的提高;但另一方面,Intel高层人士开始注意到芯片生产厂的成本也在相应提高。1995年,Intel董事会主席罗伯特·诺伊斯预见到摩尔定律将受到经济因素的制约。同年,摩尔在《经济学家》杂志上撰文写道:“现在令我感到最为担心的是成本的增加,这是另一条指数曲线”。他的这一说法被人称为摩尔第二定律。
新摩尔定律:中国IT专业媒体上出现了“新摩尔定律”的提法,指的是中国Internet联网主机数和上网用户人数的递增速度,大约每半年就翻一番。而且专家们预言,这一趋势在未来若干年内仍将保持下去。摩尔定律归纳了信息技术进步的速度。在摩尔定律应用的模拟社区40多年里,计算机从神秘不可近的庞然大物变成多数人都不可或缺的工具,信息技术由实验室
进入无数个普通家庭,因特网将全世界联系起来,多媒体视听设备丰富着每个人的生活。
  由于高纯硅的独特性,集成度越高,晶体管的价格越便宜,这样也就引出了摩尔定律的经济学效益。在20世纪60年代初,一个晶体管要10美元左右,但随着晶体管越来越小,直到小到一根头发丝上可以放1000个晶体管时,每个晶体管的价格只有千分之一美分。据有关统计,按运算10万次乘法的价格算,IBM704电脑为1美元,IBM709降到20美分,而60年代中期IBM耗资50亿研制的IBM360球墨铸铁管qiumogg系统电脑已变为3.5美分。
  摩尔定律对整个世界意义深远。在回顾40多年来半导体芯片业的进展并展望其未来时,信息技术专家们认为,在以后摩尔定律可能还会适用。但随着晶体管电路逐渐接近性能极限,这一定律终将走到尽头。40多年中,半导体芯片的集成化趋势一如摩尔的预测,推动了整个信息技术产业的发展,进而给千家万户的生活带来变化。
    微电子和集成电路:微电子技术是随着集成电路,尤其是超大型规模集成电路而发展起来的一门新的技术。微电子技术包括系统电路设计、器件物理、工艺技术、材料制备、自动测试以及封装、组装等一系列专门的技术,微电子技术是微电子学中的各项工艺技术的总和。
    目前,集成电路在整机中的应用,以计算机最大,通讯次之,第三位则是消费类电子。集成电路枝术是一种使其他所有工业黯然失,又使其他工业得以繁荣发展的技术,其设计规格从1959年以来40多年间缩小为原来的140分之一,而晶体管的平均价格降低为原来的百万分之一。如果小汽车也按照此速度进步的活,那么现在小汽车的价格只需1美分。难怪日本人认为控制了超大规模集成电路技术,就控制了世界产业。
中国的集成电路产业起步于1965年,经过30多年的发展,现已初步形成了包括设计、制造、封装业共同发展的产业结构。芯片生产技术已达到8英寸、0.25微米-0.18微米水平。但总体来讲,我国集成电路产业比较弱小,1999年销售额仅占国际市场份额的0.7%,只能满足国内市场需求的16%。要提高我国微电子技术的整体水平,我们还需要长期的艰苦努力。
    半导体工艺:半导体工艺主要内容就是讲芯片的制作工艺,通过氧化、扩散、光刻等工艺方法,在芯片上做成我们想要的电路。
    集成电路工艺:电子集成技术按工艺方法分为以硅平面工艺为基础的单片集成电路、以薄膜技术为基础的薄膜集成电路和以丝网印刷技术为基础的厚膜集成电路。

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