文/Arson

　　Gordon Moore(戈登.摩尔)博士是Intel的创始人之一，已经于2001年5月24日正式退出了Intel的董事局。很多人可能不记得这个名字，但他于1965年(时年37岁)提出的“摩尔定律”可能至今无人不晓。虽然时间已经移到了21世纪，但摩尔定律不仅依然像巫师的预言一样一次又一次被神奇地验证，甚至还超越这个预言当时所针对的半导体产业范畴而被引用到其它产业，这条本应被称作预言的规律现在甚至更多地被称之为“定律”。说起来其实也很简单，Garden Moore在1965年提出之初，预言平方英寸芯片的晶体管数目每过18到24个月就将增加一倍，成本则下降一半；在1969年，Gordon Moore在细致地总结和归纳后则将这个规律的时间区间修正为18个月。

　　历史

　　时间已经过近四十年了，尽管在这37年间无数人曾向“摩尔定律”提出质疑，曾经的技术瓶颈也一再考验它的正确性，但事实上从1964年计算机开始采用集成电路(IC)以来，半导体集成技术的发展仍然完全符合Moore当年的预测。我们先来看看晶体管集成技术的发展的昨天和今天：

　　1971年11月，Intel推出MCS-4微型计算机系统(包括4001 ROM芯片、4002 RAM芯片、4003移位寄存器芯片和4004微处理器)，其中上图中的4004芯片包含2300个晶体管，核心尺寸规格为3cm×4cm，每秒种可以执行6万条指令。

　　这就是经典的Intel8086微处理器，Intel于1978年6月推出4.77MHz的8086微处理器，标志着第三代微处理器问世。它采用16位寄存器、16位数据总线和29000个3微米技术的晶体管。

　　今天市场上正式发售的Pentium 4-2.2G(Northwood核心)已经能够在146平方厘米的空间内集成5,500万个晶体管，技术的发展可谓一日千里。

　　而且从目前的趋势上看来，新的技术上的瓶颈的确还未来到，集成度越来越高、速度也越来越快的CPU还在沿着这条时间规律如期地出现在我们眼前。集成电路的产生带来的是整个IT业爆炸性的增长，从而也极大地提升了社会生产力的发展，二战以来人类社会的发展速度得到了前所未有的提高和计算机业的高速发展不无关系，说现代文明是由电子芯片驱动而来也毫不过分，但是，如果从科学的角度看，“摩尔定律”会有终结的一天吗？

　　Moore本人也认为摩尔定律至少到2006年以前都不会带来重要的突破

提出著名的“摩尔定律”的Intel原总裁Gordon Moore博士

　　首先，Moore对IT业市场的爆炸性增长不是那么乐观。他认为增长不会很均匀，一些市场增长迅速，而另一部分增长较慢。PC机、工作站或网络开关成本的进一步削减，可能会明显地改变这类市场的增长速率。而存储网络将会在下个10年内获得快速增长。Moore还预期在今后的五年内，大部分IT产业会出现重大的发展和新的机会。例如，在软件应用程序、中间件和服务等方面存在着大量的机会，只是不会出现重大的突变点。

　　称为摩尔第二定律的成本制约因素也客观存在，微电子技术的进步是以越来越复杂的设计和测试为代价的，由此而付出的成本代价也是必然的，以一条半导体生产线的成本为例，1966年为1400万美元，而今天则是40亿美元，尽管可以不计货币价值的变化，但生产线成本仍然大约每4年就会增加一倍，尽管目前芯片市场目前还在不断地增长，但是市场总是有一定限度，如果成本的无法承受先于技术上的瓶颈到来的话，那么摩尔定律也将不再适用。从目前的趋势来看，他的这些观点也不无道理，尽管技术在晶体管集成技术上仍然飞速发展，但是相关的软件、系统成本和需求都将极大地影响整个IT业的发展，例如现在的软件技术提高的速度已经明显落后于发展的速度，加上系统相关的其它技术的制约因素以及可能造成的市场疲软等市场因素，所带来的也许将是一连串连锁反应。试想，如果不能获得足够的利润及资金，技术的发展还可以一日千里吗？

　　Moore本人还曾多次表示，这条规律并非真正的物理定律，“摩尔定律”总有一天会受到人类在集成电路上不断缩小物件的能力限制。同样的，如果受到某些不可抗力因素诸如自然灾害、战争等，也同样会阻碍人类在技术上的发展。

　　光刻技术的发展

　　上到尖端的航天技术，下到我们天天经历的日常生活，电子芯片对于现代文明的影响可谓无处不在。看看我们身边，从电话、电视甚至厨房设备，几乎所有需要电力驱动的产品都有着那么一块电子芯片，而这所有的芯片，又无一例外都是光刻工艺的产物。

　　在硅晶片上刻出的间距只有50纳米的线

　　光刻只是在半导体上刻出晶体管器件的结构，以及晶体管之间连接的通路。要真正地实现电路，则还需要搀杂，沉积，封装等系列芯片工艺手段。但光刻是所有芯片产生的第一步，整个芯片工艺所能达到的最小尺寸也是由光刻工艺决定的。集成度越高的芯片需要更微妙的光刻技术来支持。

　　集成电路的本质已经被“摩尔定律”描述得非常准确。简单地说，这三十多年年来，整个半导体业界一直围绕着这个技术目标来努力，即把晶体管尽量做小，把尽可能多的晶体管集成到一块芯片上，在这个大背景下，目前的0.18微米和0.13微米的光刻技术才能出现在我们眼前，而更小的0.09微米技术也已经从实验室产生。决定光刻工艺的技术主要是由光源的波长决定的，所用的波长越短，所能达到的尺度就会越小，如何实现用更短的波长来实现更微观的光刻技术，一直都是集成电路发展道路上需要不断克服的难题。

　　微观世界的新光电技术

　　凡事终会有极限，硅晶片的光刻技术也不例外，想要一如继往地不断增加集成电路元件的密度，想当然地会面临着许多可能的问题，甚至还有许多人类未知的物理世界需要探索。在物理学里，电子在物质中的流动会受到诸如磁场、热量、电阻等许多因素不断变化的相互影响，根据目前我们认知的物理规律，电子流过的通路是有一定极限的，而超过这一极限就无法制造出更小的芯片，因而在硅晶体上不断加大的集成度终究有一天也会遇到极限。

　　在今天，还有很多新的技术诸如超导技术与半导体技术的结合、正在探索中的纳米技术等新技术在将来也许能为今天的集成电路所用，来使集成电路的发展空间获得更大的提升。

　　摩尔定律会被推翻吗

　　事实上，“摩尔定律”的确相当可怕，因为它总是用那种×的膨胀速度来描述我们新技术发展，而任何事物肯定都有它膨胀的极限，问题是，我们的新技术相对于那个未知的极限还有多远？因此，它将存在多少年也从来都不是定数。

　　历史上所有以为新技术不可能获得可持续发展的论断总被证明是愚蠢和可笑的，即使“摩尔定律”用到硅晶片光刻技术终结的那一天，相信也会有更新的集成电路技术替代这种旧的集成电路技术，而带来的则将是整个IT业更为高速的发展。因此，那时还用“摩尔定律”来描述这种技术的性能提升速度也许仍然适合。

　　更何况，那些伟大的发明也许就将在明天产生。