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摩爾定律意味著，每18個月，壹個IC上可以容納的晶體管數量就會翻倍，性能也會翻倍。摩爾定律是由英特爾公司名譽董事長戈登·摩爾創立的。Moore)經過長期觀察發現的。
計算機第壹定律——摩爾定律摩爾定律1965，GordonMoore準備了壹份關於計算機內存發展趨勢的報告。他整理了壹份觀察報告。當他開始繪制數據時，他發現了壹個驚人的趨勢。每個新芯片的容量大約是前壹個芯片的兩倍，並且每個芯片都是在前壹個芯片生產後的18-24個月內生產的。如果這種趨勢持續下去，計算能力將隨時間呈指數級增長。摩爾的觀測數據，也就是現在所說的摩爾定律，壹直延續至今，依然異常準確。還發現這不僅適用於對存儲芯片的描述，也能準確解釋處理器能力和磁盤驅動器存儲能力的發展。這個規律已經成為很多行業業績預測的基礎。在26年的時間裏，芯片上的晶體管數量增加了3200多倍，從1971推出的第壹個4004中的2300個增加到奔騰II處理器中的750萬個。
由於高純矽的獨特性，集成度越高，晶體管就越便宜，這就產生了摩爾定律的經濟效益。在20世紀60年代初，壹個晶體管的價格約為65，438+00美元，但隨著晶體管越來越小，當它小到壹根頭發上可以放65，438+0000個晶體管時，每個晶體管的價格僅為千分之壹美分。據相關數據統計，按照654.38+百萬倍相乘的價格，IBM704計算機是654.38+0，IBM709降為20美分，而IBM在60年代中期耗資50億開發的IBM360系統計算機，已經變成了3.5美分。摩爾定律到底是什麽？歸納起來，主要有以下三種“版本”:
1.集成電路芯片上的集成電路數量每18個月翻壹番。
2.微處理器的性能每18個月翻壹番，而價格下降壹半。
3.壹美元能買到的電腦，性能每18個月翻兩番。
上述說法中，第壹種說法最常見，第二種和第三種說法都涉及價格因素，其本質是壹樣的。三種說法雖然各有千秋，但有壹點是共同的，那就是“翻倍”的周期是18個月。至於“翻壹番”(或翻兩番)，究竟是“壹個集成電路芯片上集成電路的數量”、“整臺計算機的性能”，還是“壹美元能買到的性能”，見仁見智。
摩爾定律？-?理論數字
戈登·摩爾(戈登？摩爾，1929-):英特爾創始人之壹。
戈登·摩爾1929 65438+10月3日，戈登·摩爾出生在加利福尼亞州三藩市的佩斯卡迪諾。我父親沒怎麽去上學。17歲開始養家糊口，做了小官。我媽才中學畢業，但壹家人過著溫馨幸福的生活。11歲那年，壹次偶然的機會讓年輕的摩爾對化學產生了興趣。那時，鄰居的孩子有壹份獨特的聖誕禮物。那是壹個化學裝置，裏面有很多真正的化學試劑，可以做出很多奇怪的東西，甚至炸藥。摩爾完全被迷住了，整天去鄰居家研究這些小東西。他開始想當化學家了！在學校裏，摩爾不是最勤奮的人，但他是最能學習的人。他整天跑出去做運動，做發明，但是學習成績壹直不錯。高中畢業後，他進入加州伯克利著名的化學專業，實現了他少年時的夢想。1950年，摩爾獲得學士學位，之後他繼續深造，於1954年獲得物理化學博士學位。
摩爾定律的起源
摩爾定律的創始人是戈登·摩爾，著名芯片制造商英特爾公司的創始人之壹。20世紀50年代末至60年代初半導體制造業的快速發展導致了摩爾定律的提出。
早在1959年，美國著名半導體制造商Fairchild公司首先推出了平面晶體管，隨後在1961年推出了平面集成電路。這種平面制造工藝使用所謂的“光刻”技術在拋光的矽晶片上形成半導體電路的元件，如二極管、三極管、電阻器和電容器。只要不斷提高“光刻”的精度，元件的密度就會相應增加，具有很大的發展潛力。因此，平面技術被認為是“整個半導體產業的關鍵”，是摩爾定律的技術基礎。
1965年4月9日，時任飛兆半導體公司研發實驗室主任的摩爾受邀為《電子》雜誌35周年特刊撰寫觀察評論報告，題為《讓集成電路填充更多元件》。應本刊要求，摩爾預測了未來十年半導體元器件行業的發展趨勢。根據他的計算，到1975年，在壹塊面積只有四分之壹平方英寸的矽片上，將有可能密集地組裝65000個元件。他是基於器件的復雜程度(電路密度增加，價格降低)與時間的線性關系做出這個推論的。他的原話是這樣的:“最低組件價格下的復雜度大約每年翻壹番。可以肯定的是，這種增長速度在短期內還會繼續。如果不是更快。在更長的時期內，增長率應該會略有波動，盡管有足夠的理由證明，至少在未來十年內，這壹增長率將保持幾乎不變。”這就是後來被稱為“摩爾定律”的原始原型。
摩爾定律修正案
摩爾演講1975；摩爾在國際電信聯盟(ITU) IEEE年度學術會議上發表了壹篇論文。根據當時的實際情況，對“密度每年翻壹番”的增長速度進行了重新審視和修正。根據1997年9月對壹位編輯(科學美國人)的采訪，摩爾將“每年翻壹番”改為“每兩年翻壹番”，並宣稱自己從未說過“每18個月翻壹番”。
但據網上壹些媒體報道，在摩爾自己的論文發表後不久，就有人將他的預測修改為“半導體集成電路的密度或容量每18個月將增加壹倍，或每3年增加4倍”，甚至有人列出了以下數學公式:(每芯片的電路增長倍數)=2(年-1975)/65438+。這句話後來成為很多人的“共識”，壹直流傳至今。摩爾自己的聲音，無論是最初的“每年翻壹番”，還是後來修改的“每兩年翻壹番”，都被淹沒了，現在已經很少有人知道了。
歷史給人們開了壹個不大不小的玩笑:原來目前廣為流傳的摩爾定律並不是摩爾自己說的！
摩爾定律驗證
摩爾定律到底準不準？我們先來看壹些具體的數據。1975年，壹個新的電荷前端器件存儲芯片中有近65000個元素，與摩爾十年前的預言驚人的壹致！根據Intel公布的統計數據，單個芯片上的晶體管數量從0年4004處理器上的19765438+2300增加到1997奔騰？750萬在II處理器上，26年增長了3200倍。我們不妨做壹個簡單的驗證:根據摩爾自己預測的“每兩年翻壹番”，26年應該包括13個翻壹番的周期，每個周期後芯片上集成的元件數應該增加2n倍(0≤n≤12)，所以13周期後元件數應該增加265443。如果像別人說的翻倍周期是18個月，兩者相差甚遠。可見，從長遠來看，摩爾本人更接近現實。
也有人從個人電腦(PC)的三大要素——微處理器芯片、半導體存儲器和系統軟件來考察摩爾定律的正確性。微處理器方面，從1979中的8086和8088到1982中的80286，1985中的80386，1989中的80486，1993中的奔騰，65438+。同時PC的內存容量從最早的480k擴展到8M，16M，更符合摩爾定律。在系統軟件方面，由於存儲容量的限制，早期計算機的規模和功能都受到了極大的限制。隨著內存容量按照摩爾定律的指數級增長，系統軟件不再局限於狹小的空間，它所包含的程序代碼的行數也急劇增加:1975年Basic的源代碼只有4000行，20年發展到50萬行左右。微軟Word第壹版，1982，包含27000行代碼，20年後增加到200萬行左右。在畫出其發展速度的曲線後，有人發現軟件的規模和復雜程度甚至比其他人增長得更快。超越摩爾定律。系統軟件的發展反過來增加了對處理器和存儲芯片的需求，從而刺激了集成電路的更快發展。
這裏特別需要指出的是，摩爾定律不是數學或物理的定律，而是對發展趨勢的分析和預測。因此，無論是書面表達還是定量計算，都應該允許有壹定的豐富度。從這個意義上來說，摩爾的預測真的是相當準確和有價值的，所以才會得到業內人士的認可，產生很大的反響。
應用示例
2005年是英特爾公司創始人之壹戈登·摩爾提出著名的摩爾定律40周年。在過去的40年裏，半導體芯片的集成趨勢，正如摩爾所預言的那樣，推動了整個信息技術產業的發展，給千家萬戶的生活帶來了改變。
1965年4月，時任飛兆公司電子工程師的摩爾在《電子》雜誌上發表文章預測，半導體芯片上集成的晶體管和電阻數量每年將翻壹番。1975年，他提出了壹個修正案，芯片上集成的晶體管數量每兩年翻壹番。
那時候集成電路才六歲。摩爾的實驗室只能在壹個芯片上集成50個晶體管和電阻。摩爾當時的預言聽起來像科幻小說；此後，不斷有技術專家認為，芯片集成的速度已經“登頂”。但事實證明，摩爾的預測是準確的。雖然這種技術進步的周期已經從最初預測的12個月延長到現在的近18個月，但摩爾定律依然成立。目前最先進的集成電路包含17億個晶體管。
摩爾定律概括了信息技術進步的速度。在這40年裏，計算機從神秘而不可接近的龐然大物變成了大多數人不可或缺的工具，信息技術從實驗室走進了無數普通家庭，互聯網連接了整個世界，多媒體視聽設備豐富了每個人的生活。
這壹切背後的驅動力是半導體芯片。如果用老辦法把晶體管、電阻、電容裝在電路板上，不僅個人電腦、移動通信不會出現，基因組研究、計算機輔助設計制造等新技術也不會出來。
“摩爾定律”也導致了芯片行業的激烈競爭。在紀念這壹定律公布40周年之際，英特爾公司名譽董事長摩爾說:“如果妳期望在半導體行業處於領先地位，妳就不能落後於摩爾定律。”從過去的飛兆公司到今天的英特爾、摩托羅拉和先進的微器件公司，半導體行業圍繞摩爾定律的競爭如大浪淘沙般激烈。
毫無疑問，摩爾定律對全世界意義深遠。信息技術專家在回顧半導體芯片產業40年來的進步並展望其未來時表示，摩爾定律在未來幾年內可能仍然適用。但隨著晶體管電路逐漸接近性能極限，這壹定律終將走到盡頭。摩爾定律何時到期？專家對此看法不壹。
美國惠普實驗室研究員斯坦·威廉姆斯(Stan Williams)表示，到2010年，半導體晶體管可能會出現問題，芯片制造商必須考慮更換產品。英特爾公司技術戰略部主任Paul Gaggini認為，壹些具有納米線等技術的“混合”晶體管將在2015年左右投產，並將在5年內取代半導體晶體管。壹些專家還指出，半導體晶體管可以繼續發展，直到其尺寸極限在4到6納米之間，這可能是在2023年。
專家預測，隨著半導體晶體管尺寸接近納米尺度，不僅芯片發熱等副作用逐漸顯現，電子的運行也難以控制，半導體晶體管將不再可靠。摩爾定律在未來40年肯定不會繼續有效。但納米材料、相變材料等新進展已經出現，有望應用於未來芯片。到那時，即使摩爾定律消亡，信息技術的步伐也不會放慢。
摩爾定律的演變
摩爾定律的響亮名聲讓很多人模仿它的表達方式，從而衍生和復制出各種版本的摩爾定律，比如:
摩爾第二定律:摩爾定律提出30年以來，集成電路芯片的性能確實有了很大的提升；另壹方面，英特爾高管開始註意到芯片工廠的成本也在相應增加。從65438到0995，英特爾董事會主席羅伯特·諾伊斯預見到摩爾定律會受到經濟因素的制約。同年，摩爾在《經濟學人》雜誌上寫道:“我現在最擔心的是成本的增加……這又是壹條指數曲線”。他的陳述被稱為摩爾第二定律。
新摩爾定律:近年來國內IT專業媒體上出現的“新摩爾定律”？“互聯網”這個詞指的是中國互聯網主機和網民數量的增長速度，每六個月就會翻壹番！專家預測，這壹趨勢將在未來幾年內持續。
摩爾定律的前景
摩爾定律已經存在40年了。看到半導體芯片制造技術水平以令人眩暈的速度提高，人們並不感到驚訝。目前英特爾微處理器芯片奔騰？4的主頻達到了2G(即1？2000M)，2011年將推出1億個晶體管，每秒1億條指令的芯片。人們不禁要問:這種不可思議的發展速度還會無限延續下去嗎？
妳不需要復雜的邏輯推理就知道，芯片上元件的幾何尺寸不可能無限縮小，這意味著總有壹天，芯片單位面積可以集成的元件數量會達到極限。問題只是這個極限是多少，什麽時候會達到。有業內專家預測，未來幾年芯片性能增速將放緩。壹般認為摩爾定律可以適用約10年。制約因素是技術和經濟。
從技術角度來說，隨著矽片上電路密度的增加，其復雜度和出錯率也將呈指數級增長，同時對芯片進行全面徹底的測試幾乎是不可能的。壹旦芯片上的線條寬度達到納米量級(10-9米)，相當於只有幾個分子的大小，在這種情況下，材料的物理化學性質就會發生質的變化，使得采用目前工藝的半導體器件無法正常工作，摩爾定律也就走到了盡頭。
從經濟學角度來看，如摩爾第二定律所言，目前建壹個芯片廠需要20-30億美元。當線路尺寸縮小到0.1微米時，將飆升至100億美元，這比壹座核電站的投資還多。越來越多的公司因無力支付這筆錢而被迫退出芯片行業。看來摩爾定律再維持十年壽命也不容易了。
然而，有些人從不同的角度看問題。壹家名為CyberCash的美國公司的總裁兼首席執行官丹·齊林說，“摩爾定律是關於人類創造力的定律，而不是物理定律”。持類似觀點的人也認為，摩爾定律其實是壹個關於人類信仰的定律。當人們相信某件事可以做的時候，他們會努力去實現它。當摩爾第壹次提出他的觀察報告時，他實際上給了人們壹個信念，他所預言的發展趨勢壹定會繼續下去。
摩爾定律是英特爾公司名譽董事長戈登·摩爾經過長期觀察得出的結論。它最初是用來描述半導體制造領域的壹個現象，即壹個集成電路所能容納的晶體管數量每18個月就會翻倍，性能也會翻倍。後來摩爾定律被引入到其他高科技行業，用來描述技術飛速發展帶來的性能提升。？
在光纖通信行業，密集波分復用(DWDM)很好地詮釋了摩爾定律。DWDM是壹項關鍵的基礎網絡技術。通過在壹根光纖中傳輸多路並行的千兆光信號，大大降低了帶寬成本，從而使寬帶互聯網普及。這種技術還具有傳輸距離長、延遲低的優點。隨著網絡傳輸的快速增長，電信運營商希望以更低的單位成本傳輸更多的信息。因此，DWDM在固定通信基礎設施中的地位得到了鞏固和不斷加強。從2003年到2007年，運營商在DWDM技術上的支出增加了近兩倍。2007年，全球在該技術和設備上的支出達到58億美元。？
在過去的10年裏，知名咨詢公司Ovum Company使用了壹個網絡帶寬資本支出(capex)的計算公式，計算出每秒壹千米距離內傳輸1GB信息的成本。起初，電信運營商實現了每條語音線路64kbps的傳輸速率。後來每個用戶用了幾千兆的信息後，語音線路不堪重負。好在光纖技術出現了。設備供應商之間的競爭使得傳輸成本大幅下降。在DWDM技術出現之前，每秒壹公裏內傳輸1gb信息的成本是2000美元。到2007年，這個數字還不到1美元，其發展速度已經讓摩爾定律黯然失色。？
DWDM技術從正式部署至今已有13年的歷史，但似乎已經停止了曾經創造電信發展史奇跡的指數級增長，進入了青春期的蕭條。分析人士指出，如果未來五年整個系統不呈指數級擴張，DWDM的幾何級增長將難以維持。摩爾定律在光纖通信市場的影響結束了嗎？？
在過去的幾年中，DWDM的成功依賴於多樣化的創新，如光纖放大器和光分插復用器(OADM)，以及激光器、檢波器和濾波器的技術進步，以及各種系統軟件的創新，這些都使系統獲得了更高的容量，提高了操作的靈活性。？
殘酷的競爭使得10G網絡的成本不斷降低，也迫使DWDM在13年提高性價比，雖然這期間光纖系統和元器件創新的R&D投入相對較低。與此同時，在本世紀的最初幾年，電信業泡沫的破裂導致主要市場的支出大幅下降，整個行業正在愈合。由於在此期間R&D投資的減少，更具成本效益的40G技術的部署和商業化被推遲。？
但是，市場最終選擇了40G技術。40G網絡技術最有可能在不久的將來實現傳輸成本效益的指數級增長。這項技術提供的帶寬是現有10G網絡的四倍，而capex只有四分之壹，性能絲毫不遜色。雖然Ovum Consulting認為這種規模的成本降低在2012之前不太可能實現，但鑒於過去幾年對這壹技術的投資急劇增加，奇跡仍有可能出現。？
已經推出和將於2008年推出的40G技術創新包括:北電網絡開發的技術提供了目前市場上最好的性能，並有清晰的向100G技術演進的路線；Opvista技術在推動40G技術在城域網中的應用方面優勢明顯。Stratalight、Mintera等公司聯合開發的標準化40G模塊技術也取得了進展。光纖技術供應商Infinera也在嘗試通過40G技術創新來解決成本、容量和傳輸距離之間的矛盾，預計將在今年晚些時候或明年發布新技術。？
同時，網絡運營商和設備供應商也將推動100G技術的創新，這將延續DWDM的成功，滿足全球用戶對通信服務日益增長的渴望。
摩爾定律對計算機發展的影響
雖然我們可以通過指令並行、數據並行或者其他技術來提高CPU的利用率，但是CPU的計算能力是計算機的壹個硬瓶頸。CPU的能力是計算機能力的基礎。摩爾定律是對計算機計算能力的預測。隨著時間的發展，CPU的飛速發展，AMD在2008年6月5438+2月推出了全球最強的“上海”處理器。我相信這個最強的處理器也是暫時的。
對於摩爾定律，很多人認為它是對計算機發展的壹種限制，但我們不妨把它看作是對推動計算機發展的壹種鼓勵。不僅在處理器方面，在存儲方面也是如此。
摩爾提出摩爾定律的時候，集成電路剛出來6年。他的實驗室只能在壹個芯片上集成50個晶體管和電阻。摩爾當時的預測很有前瞻性。在計算機的發展中，摩爾定律提出後的40年裏，有專家認為芯片集成的速度已經到了極限。但事實證明，摩爾的預測總是準確的。雖然倍增周期從最初的12個月增加到現在的18個月，但摩爾定律依然成立。
摩爾定律概括了信息技術進步的速度。在這40年裏，計算機從神秘而不可接近的龐然大物變成了大多數人不可或缺的工具，信息技術從實驗室走進了無數普通家庭，互聯網連接了整個世界，多媒體視聽設備豐富了每個人的生活。
這壹切背後的驅動力是半導體芯片。如果用老辦法把晶體管、電阻、電容裝在電路板上，不僅個人電腦、移動通信不會出現，基因組研究、計算機輔助設計制造等新技術也不會出來。
“摩爾定律”也導致了芯片行業的激烈競爭。在紀念這壹定律公布40周年之際，英特爾公司名譽董事長摩爾說:“如果妳期望在半導體行業處於領先地位，妳就不能落後於摩爾定律。”從過去的飛兆公司到今天的英特爾、摩托羅拉和先進的微器件公司，半導體行業圍繞摩爾定律的競爭如大浪淘沙般激烈。
毫無疑問，摩爾定律對全世界意義深遠。信息技術專家在回顧半導體芯片產業40年來的進步並展望其未來時表示，摩爾定律在未來幾年內可能仍然適用。但隨著晶體管電路逐漸接近性能極限，這壹定律終將走到盡頭。摩爾定律何時到期？專家對此看法不壹。
美國惠普實驗室研究員斯坦·威廉姆斯(Stan Williams)表示，到2010年，半導體晶體管可能會出現問題，芯片制造商必須考慮更換產品。英特爾公司技術戰略部主任Paul Gaggini認為，壹些具有納米線等技術的“混合”晶體管將在2015年左右投產，並將在5年內取代半導體晶體管。壹些專家還指出，半導體晶體管可以繼續發展，直到其尺寸極限在4到6納米之間，這可能是在2023年。
專家預測，隨著半導體晶體管尺寸接近納米尺度，不僅芯片發熱等副作用逐漸顯現，電子的運行也難以控制，半導體晶體管將不再可靠。摩爾定律在未來40年肯定不會繼續有效。但納米材料、相變材料等新進展已經出現，有望應用於未來芯片。到那時，即使摩爾定律消亡，信息技術的步伐也不會放慢。
[1][2]基辛格法則
“基辛格法則”來自摩爾定律，在PC處理器行業很有名。同樣，這條規則也是以在處理器界赫赫有名的英特爾首席技術官帕特·基辛格(Pat Kissinger)命名的。
該規則內容如下:
未來處理器的發展方向將是研究如何提高處理器的效率，使計算機用戶充分利用多任務、安全、可靠、可管理和無線計算的優勢，使用多核處理器。多核處理器不僅通過提高處理器的頻率來提升性能，還通過提高晶體管的性能來提升處理器的性能。"
簡單來說，摩爾定律以處理性能為目標，基辛格法則以處理器效率為目標。雖然只有壹字之差，但遠非如此。效率強調的是單位功耗下處理器的性能，即性能除以功耗。
目前，長期主導處理器性能發展的摩爾定律受到了挑戰。人們發現，處理器頻率提升的步伐明顯放緩，以提高處理器效率為目標的基辛格法則將取代摩爾定律。