揭秘摩尔定律计算机发展的开端,与未来的发展【

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计算机从开始研究到走进千家万户，相信很多80、90后都有幸目睹了这个发展过程。起初在谈论计算机的时候我们仅仅是从它的使用方向开始聊，后来渐渐的引申到了轻薄的外观，再后来可以随身携带。这里面带给我们的便利与发展自然不必多说，提到计算机，就不能忘记最初的“摩尔定律”。那么我们一起来看看摩尔定律计算机发展的开端，与未来的发展。

摩尔定律是由英特尔（Intel）创始人之一戈登·摩尔（Gordon Moore）提出来的。其内容为当价格不变时，集成电路上可容纳的元器件的数目，约每隔18-24个月便会增加一倍，性能也将提升一倍。换言之，每一美元所能买到的电脑性能，将每隔18-24个月翻一倍奇事网以上。这一定律揭示了信息技术进步的速度。

尽管这种趋势已经持续了超过半个世纪，摩尔定律仍应该被认为是观测或推测，而不是一个物理或自然法。预计定律将持续到至少2015年或2020年。，2010年国际半导体技术发展路线图的更新增长已经放缓在2013年年底，之后的时间里晶体管数量密度预计只会每三年翻一番。而在2016年摩尔定律支配了计算领域44 年的时间，今年终于宣告终结。

在1965年那篇著名的论文发表之前，戈登·摩尔(Gordon Moore)是位于加州圣何塞的仙童半导体公司的研发总监，他已经预测了家用计算机、电子腕表、自动驾驶汽车以及“个人可移动沟通设备”——手机的诞生，但1965年那篇关于后来被称为“摩尔定律”的预测的论文真正使他名声大噪，这篇论文的核心是关于未来计算机行业发展的时间表，基于对仙童以及其他半导体企业的了解，摩尔预计每年每芯片的晶体管和其他电子元件的数量都将加倍。

摩尔随后在加州圣塔克拉拉创办了英特尔，不过，在上述论文里，他显然高估了芯片更新换代的速度，1975年，他将这个预测修改到更为现实的两年加倍，随后，上世纪70年代和80年代，随着惠普个人电脑、Apple II计算机和IBM PC等个人消费产品的诞生，行业对芯片的处理能力要求越来越高，体积要求越来越小，摩尔的预言开始成真。

这样的发展是很昂贵的，芯片处理能力的提升意味着将更多的电路集成到芯片中来，从而电子可以从中移动地更快，这也对影印石版术（即将电路等微元件蚀刻到硅表面的技术）的要求越来越高。，在半导体行业发展的鼎盛时期，这并不是特别大的问题，企业发展出了一个可谓“自动升级”的循环流程通过大规模制造和销售少数种类的芯片——主要是处理器和存储芯片——获得大量收入，然后投钱去改进工厂和设备，结果是在提升芯片性能的仍能降低价格，市场的需求也获得进一步提升。

不过，很快这个市场驱动的模式也无法维持摩尔定律的高速度发展，芯片制造的过程变得过于复杂，常常包含几百个步骤，产品的升级意味着整个供应商和设备商需要在对的时间完成升级。“如果你需要40个家供应商而只有39家的产品有所升级，那么所有的事情都得停下来。” 德克萨斯州大学奥斯汀分校研究计算机行业的经济学家肯尼思·弗拉姆表示。

为了完成产业上下游的协调，全球半导体行业开始制作了第一次的行业研发规划蓝图，目的是“让所有人都能大致知道他们的进度应该到哪，如果在发展过程中遇到问题也可以警告所有同行，”保罗·加尔吉尼表示。美国半导体行业1991年推出了这项蓝图和战略，时任英特尔技术战略总监的加尔吉尼成为该协会主席，1998年，来自欧洲、日本、台湾和韩国的半导体行业协会也都纷纷加入，该协会变成了国际组织。

1965年4月19日，《电子学》杂志（Electronics Magazine）第114页发表了摩尔（时任仙童半导体公司工程师）撰写的文章〈让集成电路填满更多的组件〉，文中预言半导体芯片上集成的晶体管和电阻数量将每年增加一倍。

1975年，摩尔在IEEE国际电子组件大会上提交了一篇论文，根据当时的实际情况对摩尔定律进行了修正，把“每年增加一倍”改为“每两年增加一倍”，而普遍流行的说法是“每18个月增加一倍”。但1997年9月，摩尔在接受一次采访时声明，他从来没有说过“每18个月增加一倍”，而且SEMATECH路线图跟随24个月的周期。

大抵而言，若在相同面积的晶圆下生产同样规格的IC，随着制程技术的进步，每隔一年半，IC产出量就可增加一倍，换算为成本，即每隔一年半成本可降低五成，平均每年成本可降低三成多。就摩尔定律延伸，IC技术每隔一年半推进一个世代。

摩尔定律是简单评估半导体技术进展的经验法则，其重要的意义在于长期而言，IC制程技术是以一直线的方式向前推展，使得IC产品能持续降低成本，提升性能，增加功能。

1998年时，台积电董事长张忠谋曾表示，摩尔定律在过去30年相当有效，未来10到15年应依然适用。原文地址http://.yi2./article/201606/13112.html

但最新的一项研究发现，“摩尔定律”的时代将会退出，因为研究和实验室的成本需求十分高昂，而有财力投资在创建和维护芯片工厂的企业很少。而且制程也越来越接近半导体的物理极限，将会难以再缩小下去。

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计算机为85美分，IBM709降到17美分，而60年代中期IBM耗资50亿研制的IBM360系统计算机已变为3.0美分。 摩尔定律的定义归纳起来，主要有以下三种版本1.集成电路芯片上所集成的电路的数目，每隔18个月就翻一倍。2.微处理器的性能每隔18个月提高一倍，或价格下降一半。3.用一个美元所能买到的计算机性能，每隔18个月翻两倍。

奇事网以上几种说法中，以第一种说法最为普遍，第二、三两种说法涉及到价格因素，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“翻倍”的周期都是18个月，至于翻倍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“一个美元所能买到的性能”就见仁见智了。

1.修正

1975年，摩尔在国际电信联盟IEEE的学术年会上提交了一篇论文，根据当时的实际情况，对“密度每年一番”的增长率进行了重新审定和修正。按照摩尔本人1997年9月接受《科学的美国人》一名编辑采访时的说法，他当年是把“每年翻一番”改为“每两年翻一番”。实际上，后来更准确的时间是两者的平均:18个月。

2.演化

摩尔第二定律摩尔定律提出30年来，集成电路芯片的性能的确得到了大幅度的提高；但另一方面，Intel高层人士开始注意到芯片生产厂的成本也在相应提高。1995年，Intel董事会主席罗伯特·诺伊斯预见到摩尔定律将受到经济因素的制约。同年，摩尔在《经济学家》杂志上撰文写道“现在令我感到最为担心的是成本的增加，这是另一条指数曲线”。他的这一说法被人称为摩尔第二定律。

新摩尔定律中国IT专业媒体上出现了“新摩尔定律”的提法，指的是中国Inter联网主机数和上网用户人数的递增速度，大约每半年就翻一番。而且专家们预言，这一趋势在未来若干年内仍将保持下去。

3.移动化

除了发热，摩尔定律遇到的第二大挑战是，计算设备走向移动化。25年前，计算机的概念只包括台式电脑和笔记本电脑，超级电脑和数据中心基本上使用的是和台式和笔记本电脑一样的微处理器，不过就是数量多了些。现在，计算机的概念早已进行了延伸，智能手机、平板电脑、智能手表和其他可穿戴设备等都是新的计算设备，而这些新式计算设备对处理器的需求与其前辈电脑差别非常大。

移动应用和数据都已经向云端的服务器转移，云服务器对于微处理器的要求更高更严格，这对传统的芯片制造商产生了很大影响，里德举例说“谷歌和亚马逊要买什么，对于英特尔决定制造什么产品有巨大的影响。”

对于移动设备，电池续航能力的重要性更加凸显，典型的智能手机的语音电话、Wi-Fi连接、蓝牙、GPS、感知触摸、磁场甚至指纹识别都是要耗电的，而且，移动设备还需要内置特殊功能的电路，用来管理电源和能耗，以保证奇事网以上各个功能不快速把电池耗尽。

对于芯片制造商来说，这些特殊要求破坏了原本半导体行业的“自动升级”的经济循环流程，从而对摩尔定律产生挑战。“原本的市场是你只需制造几种产品，每样的销量都有非常巨大的规模，”里德称，“新的市场里，你需要制造巨多种类的产品，每种只能买个几十万件，所以，只有在设计和生产非常便宜的情况下才可以持续下去。”

而现实生产中，将不同的技术放到同一设备中和谐运行简直就是噩梦，鲍特姆斯称“要将不同的配件，不同的材料、电子、光子等，打包到一起和谐运行，需要新的架构、新的模拟、新的开关等等来解决。”

对于那些能源管理的特殊功能电路，设计的流程更是无比缓慢和昂贵。在加州大学伯克利分校，电子工程师阿尔伯托·圣乔瓦尼-文森特利及其团队正在对此进行改变，他们觉得人们应该通过组合各种现有的带有各种功能的电路创造新的设备，“就像搭乐高积木。”

阿尔伯托说，其挑战就在于如何让这些积木搭起来之后能够各自运营工作，“如果你使用旧的设计方法的话，成本就太大了。”芯片商如今最关心的可能就是成本问题了，“摩尔定律的终结不是技术问题，而是经济问题。” 鲍特姆斯说，包括英特尔在内的一些公司，依然试图在达到量子效应之前继续缩小元件体积，，产品缩得越小，成本越高。

每次产品体积缩小一半，生产商就需要全新的更准确的影印石版机器。如今，建立一条全新的生产线往往需要投入几十亿美元，这个成本仅有少数几家厂商可以承受。而由移动设备带来的市场碎片化，使得筹集这样的资金更加困难。“一旦下一代的每晶体管成本超过现有的成本，产品更新就会停止。”很多业内人士认为，半导体行业已经非常接近这个“产品更新停止”的阶段。

是的，过去十年芯片行业成本的提升导致了企业间大量的重组并购，如今，世界上绝大多数的芯片生产线都属于少数几家企业比如英特尔、三星和台积电等，这些芯片制造巨头与原材料和设备供应商的关系密切，互相之间也开始协调发展，世界半导体协会制造的行业研发蓝图也不再至关重要 。

美国的行业研究机构src曾经长期支持行业发展蓝图，，三年前，src对此热情不再，“因为我们的会员公司觉得这个蓝图没那么有用了，”src的副总裁斯蒂文·希勒尼斯表示。src和美国半导体行业协会SIA一起，希望推动更加长期的、基本的研究日程，并且争取获得联邦基金的支持，最好是通过去年七月白宫发布的“国家战略计算倡议”。

src和SIA自己的研究日程于去年九月份发布，提到了未来行业面临的几大问题，是能源效率——特别是“物联网”带来的耗能比较大的各类智能传感器；设备联网也是同等重要，连接云端的各类设备互相沟通需要大量的带宽；是安全性，src和SIA呼吁行业开发新的抵御网络攻击和数据盗窃的安全措施。

其实说到摩尔定律计算机发展的开端，与未来的发展，我想单纯的使用浅显的分析是无法得出最为准确的结论的。就像“摩尔定律”归纳了信息技术进步的速度。而人类在摩尔定律应用的40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，它走进了每一个家庭，将全世界联系起来，中间的发展过程和历经的改变也是我们所无法想象的，我们唯一可以知道的便是多媒体视听设备丰富着每个人的生活。