摩尔定律还有效吗

　　摩尔和摩尔定律
　　
　　被称为“信息技术第一法则”的摩尔定律自21世纪以来就不停地遭受各界的质疑，关于摩尔定律行将终结的声音一直没有停歇。在高中信息技术教材中，只是简要介绍了摩尔定律的概况(地图版第7页)，对其来龙去脉未加详细评说。下面我们就来一起探讨摩尔定律的起源、发展和未来，问一问“摩尔定律还有效吗”。
　　摩尔定律的提出者戈登·摩尔1929年出生于美国旧金山，1954年于加州理工学院获得化学与物理学博士学位。但是摩尔不满意离工程应用较远的应用物理实验研究，1956年，他加入诺贝尔奖得主肖克利在加州的半导体实验室。一年后与肖克利的8位“天才叛徒”一道创建了仙童半导体公司。1965年，《电子学》杂志为了庆祝创刊35周年，邀请一些专家对技术的未来做一些预测。时任仙童半导体公司研究部主任的摩尔写了一篇文章《在集成电路中塞进更多的元件》，正是在这篇文章中，摩尔认为，集成电路芯片上晶体管的数目将每年翻一番。1975年，摩尔根据当时的实际情况对摩尔定律做了修正，将“每年翻一番”改为“每两年翻一番”。
　　有趣的是，摩尔定律的一般流行说法是“每18个月翻一番”(高中信息技术教材中也取此说法)。但1997年摩尔在接受采访时说，他从来没有说过“每18个月翻一番”，流行的摩尔定律竟然不是摩尔自己的说法。
　　自摩尔定律提出以来，不论在单个芯片晶体管数目上，还是从微处理器芯片、半导体存储器以及系统软件角度来考察，摩尔定律的预言与现实都惊人的吻合。摩尔定律并非物理学定律，作为一种对发展趋势的分析预测，实在是相当精准了，被称作“信息技术第一法则”是当之无愧的。
　　摩尔本人于1968年退出了仙童公司，和诺伊斯一道创办了Intel公司。1974年起，摩尔出任Intel公司总裁兼首席执行官，在他主导Intel公司的十余年间，Intel公司确定了主攻CPU的方向，使公司成为业界巨擘。1989年摩尔从首席执行官的岗位上退了下来，2001年，由于自己亲自规定董事的退休年龄为7 2岁，年满72岁的摩尔正式退出Intel公司董事会。退休后的摩尔仍旧活跃在IT领域，每周数日出现在Intel公司大厦。摩尔本人也获得了无数的荣誉，1976年当选美国工程院院士，1980年获IEEE计算机先驱奖，1990年获全美技术奖。
　　
　　摩尔定律还有效吗?——制约摩尔定律的关键
　　
　　进入21世纪后，人们津津乐道于预测摩尔定律何时终结。众多预测中比较知名的有：美国发明家雷·库兹韦尔在其畅销著作《灵魂机器的时代——当计算机超过人类智能时》一书中预言摩尔定律将于2020年终结；在2003年国际固态电路会议的演讲中，摩尔定律的提出者摩尔认为该定律还将延续10年；在2004年第六届“二十一世纪的计算”论坛中，微软剑桥研究院创办人Chuck Thacker同样预言摩尔定律还将延续10年；2004年全球信息峰会中，Intel公司首席执行官克雷格·贝瑞特认为摩尔定律还将保持15～20年；我国科学家许居衍则认为摩尔定律将在2047年左右终结。
　　对于摩尔定律，我们即使通过逻辑推理也可以得出结论，芯片上元件的几何尺寸不可能无限制地缩小。那么，制约摩尔定律的关键因素是什么呢?制约摩尔定律发展的核心因素fjgfA2J9ZCJk3UEfEuvFww==是在物理方面，随着芯片尺寸的不断缩小，芯片产生的热量将会增加，对电路自身会造成危害；其次，由于芯片在生产过程中不可避免地混有杂质，而伴随着尺寸的缩小，杂质的密度就会增大，杂质的聚集将会影响导电性能，目前芯片中杂质含量已接近所能允许的极限。此外，随着芯片尺寸的缩小，将发生电子漂移现象，晶体管将会失去可靠性，可能无法控制电子的进出，从而无法制造出1和0。
　　众所周知，正如摩尔本人也认为：“摩尔定律不可能永远持续下去，但摩尔定律不会在现在或未来短短几年内寿终正寝，可能只有等到晶体管尺寸缩小到接近其物理极限，即与硅原子的尺寸相近时，该定律才会真正终结。”所以，摩尔定律可以看作是一条与材料科学息息相关的定律。能否出现具有变革意义的新材料，将是关系摩尔定律命运的关键。
　　
　　摩尔定律的突破——新材料的出现
　　
　　摩尔定律能否延续与新材料研究息息相关，下面我们就探寻一下新世纪以来材料科学的新突破。目前，传统的硅材料正在接近它的尺寸极限，碳纳米管、硅纳米线、应变硅被认为是最有可能的替代者。
　　碳纳米管是人工合成的天然纳米线，它的电子迁移率比硅高很多。它分为导体型和半导体型，导体型可以作为新型芯片连线的材料，半导体型可以用来制作碳纳米管晶体管，以取代硅晶体管。碳纳米管被很多人认为是未来新材料的最佳选择。
　　硅纳米线是近年发展起来的一种新型纳米半导体材料，它具有特殊的光致发光、场发射、电子运输等性能，可以实现在纳米传感器等多种纳米电子器件及合成其它纳米材料方面的应用。
　　虽然碳纳米管、硅纳米线有着巨大的潜力，但要成为主流的市场产品至少还需10～20年时间。因此，目前应变硅有可能成为首选替代技术。应变硅技术由IBM公司发明，Intel于2004年也推出了这一技术。它可以在基本不增加投资的情况下使芯片质量明显提高，并且具有迁移率高、能带结构可调、与传统硅工艺兼容等优点。应变硅是被看作未来能够继续遵循摩尔定律的新材料，是微电子技术发展的新方向。
　　但摩尔本人并不看好新材料可以取代硅，他在摩尔定律40周年时接受采访说：“现在有很多人在研制新材料，但我怀疑这些材料和技术是否能够取代硅。硅是一种功能强大的技术，我认为在可预见的未来不会出现像它这样，并能够取代它的新材料。”
　　2003年，已经退休的摩尔在发表演讲时乐观地说：“虽然指数性的增长不可能是永久的，但是我们可以将这种不可能永久地推迟”。美国Cyber Cash公司CEO丹·林启认为“摩尔定律是关于人类创造力和信念的定律，而不是物理学定律。”其实，即使摩尔定律失效了，我们也大可不必忧心忡忡。科学史告诉我们，每当一项技术发展到极限时，就会有新的技术出现，人类科技进步的脚步是不可阻挡