文/八戒
三、摩尔定律的未来：困难与希望共存
在摩尔定律提出3年后，英特尔公司诞生了。从它1971年推出第一片微处理器Intel 4004至今，微处理器使用的晶体管数量的增长情况基本上符合摩尔定律。
2002年11月美国《财富》杂志采访摩尔先生时，年已古稀的摩尔先生说：“开始时公司并没有把摩尔定律作为一个驱动力来看待，说老实话，我是直到10—15年前才能够启齿用摩尔定律来称呼它的。开始我们只是试图用我们认为合适的方法来推动存储器芯片电路技术的发展……起初我们仅仅是想尽快推进技术的发展，但后来发现，发展几乎总是沿着同一条曲线前进。要说我们真正地刻意按照定律推动技术朝此方向发展那是从最近几代技术才开始的。”
这表明芯片工业一开始就比较准确地遵循着这条定律的轨迹发展着。尽管当今这一技术进步的周期更接近18个月，但“摩尔定律”依然有效。基本上，摩尔定律已等同于技术的创新，以及不断地创造出新的功能与使用模式。
但也有怀疑人士指出，40年过去了，摩尔定律的未来遇到了种种挑战。
1、电泄漏及功耗
业界的怀疑者相信若将晶体管尺寸持续缩小，将会远比之前来的困难，尽管随着晶体管体积缩小，它会消耗更少的电力(缩减了电压)，但其电泄漏(leakage current，即使在晶体管“关闭”的情况下，也都会持续有电流通过)的情形也会随之增加。芯片上的晶体管越多，所浪费的电力也越多。另外，随着晶体管密度与速度的增加，整个芯片会消耗更多电力，并产生更多的热能。
也就是说，冷却技术的效率也必须提升，以便带走因设备密度以及电泄漏增加而产生的热能。困难的地方在于，即使是现在，研究人员在处理电力与热能的同时，还必须对抗晶体管缩小所带来原子架构的物理极限。这个问题(还有其它的因素)为整个硅晶产业带来了持续且巨大的挑战。
Intel自己也并没有遵循摩尔定律
从上图看来，Intel自己也并没有遵循摩尔定律：否则P4将包含6710亿个晶体管，而拥有2000万个晶体管的应该是Intel386而不是P3。Intel很快就重写了这个定律以使它和实际相符：晶体管的数目每一年半翻一番，而不是先前的一年。摩尔的不精确的措辞当然允许这样的改动。Intel的CTO—Patrick Gelsinger曾经声称：如果芯片中的晶体管数量以现在的速率一直增长下去，到2005年一个高端的处理器每平方厘米散发的热量将和一个核反应堆外壳持平，到2010年可以和火箭助推器相提并论，到2015年就要和太阳表面一样热了。这是一个工程师必须面对的一个大难题。
面对这个挑战，Intel积极致力于传统与非传统的技术，以打破对下一代运算突破所可能造成的阻碍。这其中包括了在材料、设计，以及封装上新颖且另人兴奋的技术。例如，在制程中，Intel希望通过应变硅(strained silicon)技术来克服电泄漏的问题，同时也探索晶体管的新结构(例如三门晶体管)与特殊的介电材质(例如被称做Hi-K材质的介电体)。Intel的其它创新，还包括了多核心处理器、超线程技术、执行指令追踪缓存 (execution trace cache)，以及增强型Intel SpeedStep 技术等，以应付架构上的挑战，并且在同时大大地提升了Intel平台的性能。
Intel相信要持续达成摩尔定律曲线的方法，在于解决从硅晶乃至于系统中各个层级的电力挑战。这必须结合封装技术、新的晶体管设计、改良后的新式印刷等划时代的科技，才能组成来年革新的完整解决方案。同时Intel对于新制程技术的发展蓝图，是一项为追求摩尔技术的未来实现的长程愿景。这计划解决了影响电力方程式的各项变因与生产问题。它包括了传统的CMOS制程，一直到非传统材质的研究，例如纳米碳管以及纳米碳线等等。
纳米碳管
例如在两年前，Intel使用了应变硅技术，开发并部署了50nm制程技术的第一次量产，可在不减低现行性能的情况下以缩短电泄漏。接着Intel也准备好朝向65nm制程前进，通过改善过的第二代应变硅技术，晶体管的门长只有35nm—比人类红血球细胞的直径还要细小，可放入100个逻辑门。而在这之后呢？Intel已准备朝45nm、32nm，以及22nm制程的方向研究。
Intel最新的创新以及划时代的研究领域包括了：
.封装技术
包括了消除封装与芯片之间的锡突，因而可降低基板与核心芯片层级的厚度，并可做为将来的设备体积缩减的基础。
.晶体管设计
包括了新颖的三门晶体管，可降低电泄漏，并可减少行动设备上的电源损耗。
.新的介电材质
例如High-K，可较二氧化硅降低超过100个因子的电泄漏。
.超短紫外光(Extreme ultra-violet (EUV) lithography)
可使用13.5nm的波长，预期可用于小于10nm的印刷功能上。
.硅光学组件(Silicon photonics)
包含了世界第一个连续光波的硅组件雷射，可用来解决双光子吸收(two photon absorption)等之前无法克服的问题。
摩尔定律在新材料、新结构的支撑下似乎又走过了一关。但摩托罗拉先进产品研究与开发实验室主任Joe Mogab称，大家能否在量产过程中解决好高介电率材料的迁移率和保持门限电压问题，还要等到实际投产后才知道。而三门晶体管在量产上的难度，也还是未知数。
[上一页] [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [下一页]
