IT产业中CPU的摩尔定律

IT产业第一定律：摩尔定理 


　　1965年4月，美国《Electronics（电子学）》杂志刊登了一篇并不起眼的文章，文章提出“当电路所包含的元件数目上升时，单位成本就会下降”的规律，并预言微处理器芯片的电路密度每隔一年将翻番。文章作者戈登·摩尔（Gordon E. Moore）当时任Fairchild半导体公司研发部主任。摩尔做梦也不会想到三年后，由他合作创办的英特尔（Intel）公司会成为世界的顶级企业，而那则名不见经传的预言也逐步演化为一则业界公认的定律，领跑全球计算机业发展四十年。

　　从概念到理论

　　1929年，戈登·摩尔出生于美国的一个临海小镇。出于对化学的喜爱，踏上求学之路后摩尔一口气拿下了物理化学博士学位。1956年，摩尔进入肖克利实验室，开始了向计算机领域的转型。摩尔性情沉着平静，思路活跃敏捷，对于科研工作中遇到的难题他总能找到最有效的解决方案。

　　进入20世纪60年代，集成电路的发展刚刚迈出蹒跚的脚步。1965年的一天，摩尔无意中拿出尺子画了张草图，他突然发现，如果纵轴代表芯片的增长情况，横轴为时间，那么画出的曲线会延伸呈现很有规律的几何增长。由此，摩尔做出一个大胆的预言：“当电路所包含的元件数目上升时，单位成本就会下降。到1975年，在单块硅芯片上面会被塞进去6.5万个元器件。”而在当时，同样大小的一块芯片只能容纳60个元件。摩尔的发现发表在当年第35期《电子》杂志上，文章强调：工艺技术的进步使计算机性能保持几何级数增长，这种增长非常有规律，微处理器芯片的电路密度以及它潜在的计算能力每隔一年会翻番。

　　1971年，英特尔公司生产出第一个芯片4004，内含2300个晶体管，其后英特尔8080接踵而来，其内部集成晶体管个数翻了一番，达到5000个。不过，这与摩尔最初的预言还存在一定差距。为了保证计算的精确性，1975年摩尔对这一规律进行了修正，将翻番的时间从一年调整为两年。其后这一时间又被调整为两者的平均值：18个月。

　　摩尔发现的规律像一个神奇的咒语，被其后数十年芯片发展的实际情况所验证，人们称它为信息产业中的“摩尔定律”。 英特尔也在“摩尔定律”为中心的研发方向下，成就了自己的一番霸业。

　　挑战极限

　　20世纪60年代，美国物理学家理查德·费曼却提出一个另类的想法：如果我们从米出发，向微观世界挺进，人类的工程完全可以向下延伸九个量级，即纳米。

　　摩尔定律下的集成电路世界其实就是人们向微观世界发起挑战的尝试。根据这一定律计算，到2010年，一个芯片上晶体管的数量将超过十亿个。为了在单位面积的芯片上集成更多的晶体管元件，就要求不断地提高微加工的技术。除了不断减小元器件尺寸，还必须通过线路设计来解决增加功能、减少功耗与散热的问题。