摩尔定律如何影响现代科技发展?
21ic 2024-06-13

被称为计算机第一定律的摩尔定律是指IC上可容纳的晶体管数目,约每隔18个月便会增加一倍,性能也将提升一倍。摩尔定律是由英特尔(lntel)名誉董事长戈登·摩尔( Gordon moore)经过长期观察总结的经验。1965年,戈登·摩尔准备一个关于计算机存储器发展趋势的报告。他整理了一份观察资料。在他开始绘制数据时,发现了一个惊人的趋势。每个新的芯片大体上包含其前任两倍的容量,每个芯片产生的时间都是在前一个芯片产生后的18~24个月内,如果这个趋势继续,计算能力相对于时间周期将呈指数式的上升。 Moore的观察资料,就是现在所谓的Moore定律,所阐述的趋势一直延续至今,且仍不同寻常地准确。


人们还发现这不仅适用于对存储器芯片的描述,也精确地说明了处理机能力和磁盘驱动器存储容量的发展。该定律成为许多工业对于性能预测的基础 。归纳起来,“摩尔定律”主要有以下3种“版本”:1、集成电路芯片上所集成的电路的数目,每隔18个月就翻一番;2、微处理器的性能每隔18个月提高一倍,而价格下降一半;3、用一美元所能买到的计算机性能,每隔18个月翻两番。以上几种说法中,以第一种说法最为普遍,第二、三两种说法涉及价格因素,其实质是一样的。三种说法虽然各有千秋,但在一点上是共同的,即“翻番”的周期都是18个月,至于“翻一番”(或两番)的是“集成电路芯片上所集成的电路的数目”是整个“计算机的性能”,还是“一美元所能买到的性能”就见仁见智了。

戈登·摩尔(Gordon Moore,1929-):英特尔公司(Intel)的创始人之一。1929年1月3日,戈登·摩尔出生在加州旧金山的佩斯卡迪诺。父亲没有上过多少学,17岁就开始养家,做一个小官员,母亲只有中学毕业。高中毕业后他进入了著名的加州伯克利分校的化学专业,实现了自己的少年梦想。1950年,摩尔获得了学士学位,接着他继续深造,于1954年获得物理化学博士学位。

“摩尔定律”归纳了信息技术进步的速度。在摩尔定律应用的50多年里,计算机从神秘不可近的庞然大物变成多数人都不可或缺的工具,信息技术由实验室进入无数个普通家庭,因特网将全世界联系起来,多媒体视听设备丰富着每个人的生活。由于高纯硅的独特性,集成度越高,晶体管的价格越便宜,这样也就引出了摩尔定律的经济学效益。在20世纪60年代初,一个晶体管要10美元左右,但随着晶体管越来越小,直到小到一根头发丝上可以放1000个晶体管时,每个晶体管的价格只有千分之一美分。据有关统计,按运算10万次乘法的价格算,IBM704电脑为1美元,IBM709降到20美分,而60年代中期IBM耗资50亿研制的IBM360系统电脑已变为3.5美分。

“摩尔定律”对整个世界意义深远。在回顾40多年来半导体芯片业的进展并展望其未来时,信息技术专家们认为,在以后“摩尔定律”可能还会适用。但随着晶体管电路逐渐接近性能极限,这一定律终将走到尽头。40多年中,半导体芯片的集成化趋势一如摩尔的预测,推动了整个信息技术产业的发展,进而给千家万户的生活带来变化。

2012年10月28日,美国IBM研究所科学家宣称,最新研制的碳纳米管芯片符合了“摩尔定律”周期,依据摩尔定律,计算机芯片每18个月集成度翻番,价格减半。传统的晶体管是由硅制成,然而2011年来硅晶体管已接近了原子等级,达到了物理极限,由于这种物质的自然属性,硅晶体管的运行速度和性能难有突破性发展 。IBM公司的研究人员在一个硅芯片上放置了1万多个碳纳米晶体管,碳纳米晶体管的电子比硅质设备运行得更快。它们也是晶体管最理想的结构形式。这些优异的性能将成为替代硅晶体管的原因,同时结合新芯片设计架构,未来将使微型等级芯片实现计算机创新 。研究人员发现,电子被捕获进一个接口处具有一层氧化物或者金属的半导体后就很容易被抽进空气中,藏匿于该接口处的电子会形成一层电荷,而且该电子层内部的带电粒子之间的库伦排斥力也会使电子很容易从硅中释放出来。他们通过施加很少量的电压,有效地从硅结构中提取出了电子,随后再将电子置于空气中,使它们能在纳米尺度的通道内行进,而不会遇到任何的碰撞或者发生散射。

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