1.1.2 摩尔定律

工艺微缩是集成电路制造技术发展的最重要的特征之一。工艺微缩表现为随着工艺能力的提高，可以加工出更小尺度的器件，这也就意味着在相同面积的芯片上可以集成更多的器件。

1965年4月19日，曾创造了“electronics”一词的美国著名电子技术杂志《Electronics》刊载了一篇题为“Cramming More Compo-nents onto Integrated Circuits”（让集成电路承载更多的元器件）的论文，作者即是仙童公司的戈登·摩尔（Gordon Moore）。摩尔依据集成电路产业在1959～1965年6年间的发展趋势，对这个趋势进行了观案、总结并预测：“至少今后10年间（集成电路的集成度）将以每年翻番的速度前进（见图1.5）”，这就是最初的“摩尔定律”[2]。

图1.5 1965年发表的“摩尔定律”（资料来源：Intel）

实际那时集成电路刚问世不久，但增长十分迅速。当时摩尔的观察时间并不长，资料基础也不扎实，故而只是大致推算。但是，随着时间的推移，Intel公司的坚持和集成电路产业多年来的实际发展，证明摩尔的预测是准确的，且一直沿用至今。业内人士将它视为推动产业前进的核心动力，并被誉为IT（信息技术）产业的第一定律。

摩尔定律通常的表达方式有两种：①集成电路上集成的元器件数量每隔18个月翻一番；②微处理器的性能每隔18个月提高一倍，而价格下降一半。这两种表达方式的内涵大同小异，只是第二种的表达加上了价格的因素。值得一提的是，摩尔本人从未有过“集成电路集成度18个月翻一番”的表述。他在1997年9月接受《Scientific American》杂志采访时，特别声明他从来没有说过“每18个月翻一番”（I predicted we were going to change from doubling every year to doubling every two years，which is kind of where we are now.I never said 18 months）。美国半导体工业协会（SIA）在2001年版的ITRS中引用了每24个月翻一番的论点，并将其一直延伸至2020年。

摩尔定律持续生效在很大程度上应归功于半导体加工工艺微细化方面的不断进步。半导体工艺的微细化大约是加工尺寸每3年缩小60%～70%，如果加工尺寸缩小60%，芯片面积就能缩小近1/3，从而得以实现摩尔定律表达的集成度几乎每18个月翻一番的规律。纵观半导体工艺微细化的发展速度，从0.1μm开始变得缓慢，到30nm后的发展速度更进一步放慢，如图1.6所示。

图1.6 半导体加工工艺的发展

摩尔定律诞生至今已有50余年了，并一直沿用到现在，受到了业界的普遍认可和赞誉。它几乎影响了电子产业的所有领域，涵盖电子元器件的尺寸、价格、密度和速度，产品的性能和存储容量，传感器的敏感度、时钟速度甚至图像芯片的像素等。正是因为集成电路上的晶体管数量成倍增长，使芯片能够承载越来越复杂的电路系统。电子产品不仅变得越来越小，而且实现性能提升、节约能源、价格更便宜，从而推动了信息技术革命，催生了笔记本电脑、智能电话、可穿戴设备等。一台计算机的价格比起40年前，已然便宜了许多，而一部智能手机拥有的计算能力，已经超过了20世纪90年代计算机科学家使用的工作站。