摩爾"定律"是英特爾創(chuàng)始人戈登摩爾的一項(xiàng)觀察，即晶體管密度每隔一定時(shí)間翻一番，同時(shí)價(jià)格保持不變。一些業(yè)內(nèi)人士認(rèn)為那些日子已經(jīng)結(jié)束了。
英特爾的聯(lián)合創(chuàng)始人戈登摩爾是摩爾定律的負(fù)責(zé)人。摩爾觀察到集成電路的晶體管密度每?jī)赡攴环?。有人說摩爾定律現(xiàn)在已經(jīng)死了，但為什么呢？
摩爾定律是怎么說的
戈登·摩爾?(Gordon Moore)在 1965 年做出了他最初的觀察：
"最低元件價(jià)格下的復(fù)雜性每年大約增加一倍。可以確信，短期內(nèi)這一增長(zhǎng)率會(huì)繼續(xù)保持。即便不是有所加快的話。而在更長(zhǎng)時(shí)期內(nèi)的增長(zhǎng)率應(yīng)是略有波動(dòng)，盡管沒有充分的理由來證明，這一增長(zhǎng)率至少在未來十年內(nèi)幾乎維持為一個(gè)常數(shù)。"這就是后來被人稱為"摩爾定律"的最初原型。
Gordon Moore made his?original observation?in 1965:
"The complexity for minimum component costs has increased at a rate of roughly a factor of two per year. Certainly over the short term this rate can be expected to continue, if not to increase. Over the longer term, the rate of increase is a bit more uncertain, although there is no reason to believe it will not remain nearly constant for at least 10 years." – Gordon Moore in?Cramming more components onto integrated?circuits.
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摩爾定律
這可以用幾種方式解釋，但它暗示了兩件事。首先，（當(dāng)時(shí)）最基本的集成電路?(IC)?的晶體管密度每年都會(huì)翻一番。其次，在最低成本水平上也是如此。因此，如果制造給定尺寸的 IC 的成本隨著時(shí)間的推移保持穩(wěn)定（考慮到通貨膨脹），這實(shí)際上意味著每個(gè)晶體管的成本每?jī)赡隃p半。
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這是"小麥和棋盤問題"所證明的驚人的指數(shù)增長(zhǎng)水平，如果您在第一個(gè)方格上放一粒小麥（或大米），然后每個(gè)連續(xù)方格的數(shù)量加倍，您就會(huì)很好64 平方有超過 18 個(gè) quintillion 粒！
摩爾后來修改了他的觀察，將時(shí)間延長(zhǎng)到每十八個(gè)月一次，然后最終每?jī)赡暌淮?。因此，盡管晶體管密度仍在翻倍，但步伐似乎正在放緩。
這實(shí)際上不是法則
盡管它被昵稱為摩爾"定律"，但它并不是真正意義上的定律。換句話說，它不像描述重力等事物如何運(yùn)作的自然法則。它是對(duì)歷史趨勢(shì)的觀察和對(duì)未來的預(yù)測(cè)。
平均而言，摩爾定律自 1965 年以來一直有效，在某些方面，它是半導(dǎo)體行業(yè)粗略判斷其是否步入正軌的基準(zhǔn)，但沒有理由證明它必須是真實(shí)的，或者無(wú)限期地保持真實(shí)。
性能比晶體管密度更重要
晶體管是半導(dǎo)體設(shè)備（例如CPU ）的基本組件。諸如邏輯門之類的設(shè)備是由晶體管構(gòu)建的，允許以二進(jìn)制代碼對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行結(jié)構(gòu)化處理。
從理論上講，如果將可放入給定空間的晶體管數(shù)量增加一倍，則可以進(jìn)行的處理量也會(huì)增加一倍。然而，重要的不僅是您擁有多少個(gè)晶體管，還有您用它們做什么。微處理器在效率方面取得了許多進(jìn)步，具有專門的設(shè)計(jì)來加速特定類型的處理，例如解碼視頻或進(jìn)行機(jī)器學(xué)習(xí)所需的專門數(shù)學(xué)運(yùn)算。
縮小晶體管通常也意味著達(dá)到更高的工作頻率，同時(shí)使用更少的功率來獲得與上一代相同的處理能力。摩爾定律僅限于晶體管密度，但晶體管密度與性能之間的關(guān)系并不是線性的。
"它死了"是什么意思？
多年來，"摩爾定律已死"這句話已被多次提及，這是否屬實(shí)取決于您的觀點(diǎn)。晶體管密度仍在翻倍，但速度較慢，因?yàn)槟柆F(xiàn)在已經(jīng)多次修改時(shí)間框架。
有些人認(rèn)為該定律已經(jīng)失效的原因不是晶體管密度沒有翻倍，而是晶體管的成本沒有減半。換句話說，在一個(gè)倍增周期之后，你不能再用同樣的錢得到兩倍數(shù)量的晶體管了。
發(fā)生這種情況的一個(gè)重要原因是因?yàn)槲覀冋诮咏覀兛梢灾圃於嘈〉木w管的極限。在撰寫本文時(shí)，5nm和 3nm 制造工藝是當(dāng)前和下一代技術(shù)。當(dāng)我們向可能的極限邁進(jìn)時(shí)，問題的數(shù)量和克服這些問題的成本都可能增加。
然而，僅僅因?yàn)榫w管的價(jià)格可能不會(huì)像過去那樣減半，并不意味著性能不會(huì)翻倍或價(jià)格減半。請(qǐng)記住，晶體管數(shù)量只是性能的一部分。我們正在實(shí)現(xiàn)更高的時(shí)鐘速度，將更多內(nèi)核裝入單個(gè)處理器單元，使用我們的晶體管做更多事情，并創(chuàng)造可以加速特定工作（例如機(jī)器學(xué)習(xí)）的新型硅。在這種擴(kuò)展意義上，摩爾定律仍然具有生命力，但在其原始形式中，它是靠生命維持的。
摩爾定律總有一天會(huì)消亡
沒有人相信摩爾關(guān)于晶體管密度和成本的觀察會(huì)永遠(yuǎn)成立。畢竟，指數(shù)曲線最終會(huì)趨向于無(wú)限的晶體管密度和計(jì)算性能。據(jù)任何人所知，這實(shí)際上是不可能的，而且使用我們今天所知道的半導(dǎo)體電子產(chǎn)品尤其不可能。
現(xiàn)代處理器中的微型組件已經(jīng)面臨著許多挑戰(zhàn)，它們正在努力應(yīng)對(duì)不需要的量子效應(yīng)。在某些時(shí)候，你不能再將電子保留在你的微型電路中，所以試圖讓事情變得更小會(huì)碰壁。
到那時(shí)，可能是時(shí)候轉(zhuǎn)向另一種類型的計(jì)算基板，例如光子學(xué)，但可能有無(wú)數(shù)種方法可以從半導(dǎo)體中獲得更高的性能，而無(wú)需使晶體管變得更小。
我們已經(jīng)看到了從多個(gè)較小的處理器構(gòu)建大型處理器的經(jīng)濟(jì)高效的方法，例如AMD 的小芯片設(shè)計(jì)或 Apple將其基準(zhǔn)芯片粘合在一起以制造像一個(gè)系統(tǒng)一樣運(yùn)行的巨型 CPU 的策略。構(gòu)建具有3D 電路的 CPU 的想法具有潛力，具有垂直和水平通信的微芯片組件層。
雖然晶體管密度的極限似乎每天都在越來越近，但可實(shí)現(xiàn)的計(jì)算能力的真正極限仍然是一個(gè)懸而未決的問題。
作者：SYDNEY BUTLER
原文地址：https://www.howtogeek.com/838004/what-is-moores-law/
原文始發(fā)于微信公眾號(hào)（艾邦半導(dǎo)體網(wǎng)）：什么是摩爾定律，為什么人們說它已經(jīng)死了？