摩尔定律

摩尔定律是由英特尔(Intel)创始人之一戈登·摩尔(Gordon Moore)提出来的。其内容为: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,当价格不变时;或者说,每一美元所能买到的电脑性能,将每隔18个月翻两倍以上。这一定律揭示了信息技术进步的速度。
摩尔定律:
随着科技的发展,商品性能会变得越来越好,而价格却变得越来越便宜。
原理简介
摩尔定律是指IC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。摩尔定律是由英特尔(Intel)名誉董事长戈登·摩尔Gordon Moore)经过长期观察发现得之。
  计算机第一定律——摩尔定律Moore定律1965年,戈登·摩尔(GordonMoore)准备一个关于计算机存储器发展趋势的报告。他整理了一份观察资料。在他开始绘制数据时,发现了一个惊人的趋势。每个新芯片大体上包含其前任两倍的容量,每个芯片的产生都是在前一个芯片产生后的18-24个月内。如果这个趋势继续的话,计算能力相对于时间周期将呈指数式的上升。Moore的观察资料,就是现在所谓的Moore定律,所阐述的趋势一直延续至今,且仍不同寻常地准确。人们还发现这不光适用于对存储器芯片的描述,也精确地说明了处理机能力和磁盘驱动器存储容量的发展。该定律成为许多工业对于性能预测的基础。在26年的时间里,芯片上的晶体管数量增加了3200多倍,从1971年推出的第一款40042300个增加到奔腾II处理器的750万个。
详细内容
 
  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系统电脑已变为3.5美分。到底什么是"摩尔定律唯美主义运动'"?归纳起来,主要有以下三种"版本"
  1集成电路芯片上所集成的电路的数目,每隔18个月就翻一番。
  2、微处理器的性能每隔18个月提高一倍,而价格下降一半。
  3、用一个美元所能买到的电脑性能,每隔18个月翻两番。
  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"翻番"的周期都是18个月,至于"翻一番"(或两番)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。
理论发展
摩尔定律 - 理论人物
戈登·摩尔(Gordon Moore,1929-):英特尔公司(Intel)的创始人之一
 
戈登.宋育仁摩尔
192913日,戈登·摩尔出生在加州旧金山的佩斯卡迪诺。父亲没有上过多少学,17岁就开始养家,做一个小官员,母亲只有中学毕业,但一家人日子过得也温馨和乐。11岁的时候,一次偶然的机会让年幼的摩尔对化学产生了兴趣。当时邻居的孩子有一个独特的圣诞礼物,那是一个化学装置,里面有许多真正的化学试剂,可以制成许多稀奇古怪的东西,甚至可以制造,摩尔简直完全着了迷,整天跑到邻居家里去,研究这些小东西,他开始想成为一个化学家!在学校里,摩尔不是最用功的那个人,但却是最会学习的那个,他整天跑出去做运动,搞发明,但学习成绩一直还不错。高中毕业后他进入了著名的加州伯克利分校的化学专业,实现了自己的少年梦想。1950年,摩尔获得了学士学位,接着他继续深造,于1954年获得物理化学博士学位。
 
摩尔定律由来
 摩尔定律创始人是戈顿·摩尔,大名鼎鼎的芯片制造厂商Intel公司的创始人之一。20世纪50年代末至60年代初半导体制造工业的高速发展,导致了摩尔定律的出台。
  早在1959年,美国著名半导体厂商仙童公司首先推出了平面型晶体管,紧接着于1961年又推出了平面型集成电路。这种平面型制造工艺是在研磨得很平的硅片上,采用一种所谓"光刻"技术来形成半导体电路的元器件,如二极管三极管电阻电容等。只要"光刻"的精度不断提高,元器件的密度也会相应提高,从而具有极大的发展潜力。因此平面工艺被认为是"整个半导体工业键",也是摩尔定律问世的技术基础。
  1965419日,时任仙童半导体公司研究开发实验室主任的摩尔应邀为《电子学》杂志35周年专刊写了一篇观察评论报告,题目是:让集成电路填满更多的元件美的空调参数。摩尔应这家杂志的要求对未来十年间半导体元件工业的发展趋势作出预言。据他推算,到1975年,在面积仅为四分之一平方英寸的单块硅芯片上,将有可能密集65000个元件。他是根据器件的复杂性(电路密度提高而价格降低)和时间之间的线性关系作出这一推断的,他的原话是这样说的:"最低元件价格下的复杂性每年大约增加一倍。可以确信,短期内这一增长率会继续保持。即便不是有所加快的话。而在更长时期内的增长率应是略有波动,尽管役有充分的理由来证明,这一增长率至少在未来十年内几乎维持为一个常数。"这就是后来被人称为"摩尔定律"的最初原型。
 
摩尔定律修正
 
摩尔演讲
1975年;摩尔国际电信联盟IEEE的学术年会上提交了一篇论文,根据当时的实际情况,对"密度每年回一番"的增长率进行了重新审定和修正。按照摩尔本人19979月接受(科学的美国人)一名编辑采访时的说法,他当年是把"每年翻一番"改为"每两年翻一番",并声明他从来没有说过"18个月翻一番"
  然而,据网上有的媒体透露,就在摩尔本人的论文发表后不久,有人将其预言修改成"半导体集成电路的密度或容量每18个月翻一番,或每三年增长4",有人甚至列出了如下的数学公式:(每芯片的电路增长倍数)=2(年份-1975/1.5。这一说法后来成为许多人的"共识",流传至今。摩尔本人的声音,无论是最初的"每一年翻一番"还是后来修正的"每两年翻一番"反而被淹没了,如今已鲜有人知。
  历史竟和人们开了个不大不小的玩笑:原来目前广为流传的"摩尔定律"并非摩尔本人的说法!
 
摩尔定律验证
  摩尔定律到底准不准?让我们先来看几个具体的数据。1975年,在一种新出现的电荷前荷器件存储器芯片中,的的确确含有将近65000个元件,与十年前摩尔的预言的确惊人地一致!另据Intel公司公布的统计结果,单个芯片上的晶体管数目,从19714004处理器上的2300个,增长到1997Pentium II处理器上的7.5百万个,26年内增加了3200倍。我们
不妨对此进行一个简单的验证:如果按摩尔本人"每两年翻一番"的预测,26年中应包括13个翻番周期,每经过一个周期,芯片上集成的元件数应提高2n倍(0≤n≤12),因此到第13个周期即26年后元件数应提高了2124096倍,作为一种发展趋势的预测,这与实际的增长倍数3200倍可以算是相当接近了。如果以其他人所说的18个月为翻番周期,则二者相去甚远。可见从长远来看,还是摩尔本人的说法更加接近实际。
  也有人从个人计算机(即PC)的三大要素--微处理器芯片、半导体存储器和系统软件来考察摩尔定律的正确性。微处理器方面,从1979年的80868088,到1982年的802861985年的803861989年的804861993年的Pentium1996年的PentiumPro1997年的PentiumII,功能越来越强,价格越来越低,每一次更新换代都是摩尔定律的直接结果。与此同时PC机的内存储器容量由最早的480k扩大到8M16M,与摩尔定律更为吻合。系统软件方面,早期的计算机由于存储容量的限制,系统软件的规模和功能受到很大限制,随着内存容量按照摩尔定律的速度呈指数增长,系统软件不再局限于狭小的空间,其所包含的程序代码的行数也剧增:Basic的源代码在1975年只有4,000行,20年后发展到大约50万行。微软的文字处理软件Word1982年的第一版含有27,000行代码,20年后增加到大约200万行。有人将其发展速度绘制一条曲线后发现,软件的规模和复杂性的增长速度甚至
过了摩尔定律。系统软件的发展反过来又提高了对处理器和存储芯片的需求,从而刺激了集成电路的更快发展。
  这里需要特别指出的是,摩尔定律并非数学、物理定律,而是对发展趋势的一种分析预测,因此,无论是它的文字表述还是定量计算,都应当容许一定的宽裕度。从这个意义上看,摩尔的预言实在是相当准确而又难能可贵的了,所以才会得到业界人士的公认,并产生巨大的反响。
应用实例
  2005年是英特尔公司创始人之一戈登·摩尔提出著名的摩尔定律”40周年。40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。
  1965国营农场年4月,当时还是仙童公司电子工程师的摩尔在《电子学》杂志上发表文章预言,半导体芯片上集成的晶体管和电阻数量将每年翻一番。1975年他又提出修正说,芯片上集成的晶体管数量将每两年翻一番。
  当时,集成电路问世才6年。摩尔的实验室也只能将50只晶体管和电阻集成在一个芯片上。摩尔当时的预测听起来好像是科幻小说;此后也不断有技术专家认为芯片集成的速度已经到顶PGROUP。但事实证明,摩尔的预言是准确的。尽管这一技术进步的周期已经从最初预测的12个月延长到如今的近18个月,但摩尔定律依然有效。目前最先进的集成电路已含有17亿个晶体管。
  摩尔定律归纳了信息技术进步的速度。这40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。
  这一切背后的动力都是半导体芯片。如果按照旧有方式将晶体管、电阻和电容分别安装在电路板上,那么不仅个人电脑和移动通信不会出现,基因组研究到计算机辅助设计和制造等新科技更不可能问世。
  摩尔定律还带动了芯片产业白热化的竞争。在纪念这一定律发表40周年之时,作为英特尔公司名誉主席的摩尔说:如果你期望在半导体行业处于领先地位,你无法承担落后于摩尔定律的后果。从昔日的仙童公司到今天的英特尔、摩托罗拉、先进微设备公司等,半导
体产业围绕摩尔定律的竞争像大浪淘沙一样激烈。
  毫无疑问,摩尔定律对整个世界意义深远。在回顾40年来半导体芯片业的进展并展望其未来时,信息技术专家们说,在今后几年里,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。摩尔定律何时失效?专家们对此众说纷纭。刘顺元
  美国惠普实验室研究人员斯坦·威廉姆斯说,到2010年左右,半导体晶体管可能出现问题,芯片厂商必须考虑替代产品。英特尔公司技术战略部主任保罗·加吉尼则认为,2015年左右,部分采用了纳米导线等技术的混合型晶体管将投入生产,5年内取代半导体晶体管。还有一些专家指出,半导体晶体管可以继续发展,直到其尺寸的极限——46纳米之间,那可能是2023年的事情。

本文发布于:2024-09-23 02:25:01,感谢您对本站的认可!

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