摩爾定律是由英特爾（Intel）創(chuàng)始人之一戈登·摩爾（Gordon Moore）提出來(lái)的。其內(nèi)容為：當(dāng)價(jià)格不變時(shí)，集成電路上可容納的元器件的數(shù)目，約每隔18-24個(gè)月便會(huì)增加一倍，性能也將提升一倍。換言之，每一美元所能買(mǎi)到的電腦性能，將每隔18-24個(gè)月翻一倍以上。這一定律揭示了信息技術(shù)進(jìn)步的速度。
盡管這種趨勢(shì)已經(jīng)持續(xù)了超過(guò)半個(gè)世紀(jì)，摩爾定律仍應(yīng)該被認(rèn)為是觀測(cè)或推測(cè)，而不是一個(gè)物理或自然法。預(yù)計(jì)定律將持續(xù)到至少2015年或2020年。然而，2010年國(guó)際半導(dǎo)體技術(shù)發(fā)展路線(xiàn)圖的更新增長(zhǎng)已經(jīng)放緩在2013年年底，之后的時(shí)間里晶體管數(shù)量密度預(yù)計(jì)只會(huì)每三年翻一番。
摩爾定律
也有人從個(gè)人計(jì)算機(jī)（即PC）的三大要素微處理器芯片、半導(dǎo)體存儲(chǔ)器和系統(tǒng)軟件來(lái)考察摩爾定律的正確性。
微處理器方面，從1979年的8086和8088，到1982年的80286，1985年的80386，1989年的80486，1993年的Pentium，1996年的PentiumPro，1997年的PentiumII，功能越來(lái)越強(qiáng)，價(jià)格越來(lái)越低，每一次更新?lián)Q代都是摩爾定律的直接結(jié)果。與此同時(shí)PC機(jī)的內(nèi)存儲(chǔ)器容量由最早的480k擴(kuò)大到8M，16M，與摩爾定律更為吻合。
系統(tǒng)軟件方面，早期的計(jì)算機(jī)由于存儲(chǔ)容量的限制，系統(tǒng)軟件的規(guī)模和功能受到很大限制，隨著內(nèi)存容量按照摩爾定律的速度呈指數(shù)增長(zhǎng)，系統(tǒng)軟件不再局限于狹小的空間，其所包含的程序代碼的行數(shù)也劇增：Basic的源代碼在1975年只有4，000行，20年后發(fā)展到大約50萬(wàn)行。微軟的文字處理軟件Word，1982年的第一版含有27，000行代碼，20年后增加到大約200萬(wàn)行。有人將其發(fā)展速度繪制一條曲線(xiàn)后發(fā)現(xiàn)，軟件的規(guī)模和復(fù)雜性的增長(zhǎng)速度甚至超過(guò)了摩爾定律。系統(tǒng)軟件的發(fā)展反過(guò)來(lái)又提高了對(duì)處理器和存儲(chǔ)芯片的需求，從而刺激了集成電路的更快發(fā)展。
摩爾定律并非數(shù)學(xué)、物理定律，而是對(duì)發(fā)展趨勢(shì)的一種分析預(yù)測(cè)，因此，無(wú)論是它的文字表述還是定量計(jì)算，都應(yīng)當(dāng)容許一定的寬裕度。從這個(gè)意義上看，摩爾的預(yù)言是準(zhǔn)確而難能可貴的，所以才會(huì)得到業(yè)界人士的公認(rèn)，并產(chǎn)生巨大的反響。
專(zhuān)家預(yù)測(cè)摩爾定律終結(jié)
毫無(wú)疑問(wèn)，摩爾法則對(duì)整個(gè)世界意義深遠(yuǎn)。不過(guò)，隨著晶體管電路逐漸接近性能極限，這一法則將會(huì)走到盡頭。摩爾法則何時(shí)失效？專(zhuān)家們對(duì)此眾說(shuō)紛紜。早在1995年在芝加哥舉行信息技術(shù)國(guó)際研討會(huì)上，美國(guó)科學(xué)家和工程師杰克·基爾比表示，5納米處理器的出現(xiàn)或?qū)⒔K結(jié)摩爾法則。中國(guó)科學(xué)家和未來(lái)學(xué)家周海中在此次研討會(huì)上預(yù)言，由于納米技術(shù)的快速發(fā)展，30年后摩爾法則很可能就會(huì)失效。2012年，日裔美籍理論物理學(xué)家加來(lái)道雄在接受智囊網(wǎng)站采訪時(shí)稱(chēng)，“在10年左右的時(shí)間內(nèi)，我們將看到摩爾法則崩潰。”前不久，摩爾本人認(rèn)為這一法則到2020年的時(shí)候就會(huì)黯然失色。一些專(zhuān)家指出，即使摩爾法則壽終正寢，信息技術(shù)前進(jìn)的步伐也不會(huì)變慢。
摩爾定律或在2021終結(jié)
50年前，英特爾創(chuàng)始人之一戈登·摩爾提出了摩爾定律：集成電路上可容納的電晶體（晶體管）數(shù)目，約每隔24個(gè)月便會(huì)增加一倍。最近幾十年，這個(gè)定律堪稱(chēng)科技界的鐵律，無(wú)論是半導(dǎo)體制造商還是芯片設(shè)計(jì)商，幾乎都在按照這個(gè)規(guī)律發(fā)展。
但是，最近兩年，以英特爾為首的半導(dǎo)體廠商開(kāi)始放慢制程的升級(jí)迭代之路，而人們也不得不開(kāi)始討論摩爾定律的預(yù)言是否已經(jīng)失效，半導(dǎo)體廠商又該如何面對(duì)這樣的挑戰(zhàn)？
從最近一期的半導(dǎo)體國(guó)際技術(shù)路線(xiàn)圖上可以看出，到2021年，微處理器內(nèi)部的晶體管的尺寸縮小的進(jìn)度不是放緩，而是將停止縮小，這也就意味著推動(dòng)半導(dǎo)體行業(yè)變革的摩爾定律將正式退出歷史舞臺(tái)。
延續(xù)摩爾定律究竟有多難？
實(shí)際上，過(guò)去幾十年半導(dǎo)體行業(yè)也沒(méi)有和摩爾定律完全保持一致的節(jié)奏。
從 1965 年到 1975 年，芯片上的晶體管數(shù)量幾乎每年都會(huì)翻番；然而在1975年之后，由于技術(shù)的限制，周期變?yōu)榱藘赡辏坏缴鲜兰o(jì) 90 年代末，又回到了正規(guī)。
而現(xiàn)在半導(dǎo)體廠商又面臨了什么樣的困難？
目前，半導(dǎo)體制造商最先進(jìn)的半導(dǎo)體制程已經(jīng)達(dá)到了14nm，正在朝著10nm前進(jìn)，但這幾乎已經(jīng)無(wú)限接近硅材料的物理極限。有人會(huì)說(shuō)，未來(lái)還會(huì)有7nm和5nm，但事實(shí)真會(huì)如此嗎？
如果繼續(xù)按照摩爾定律來(lái)研發(fā)更高級(jí)的工藝制程，會(huì)面臨物理和經(jīng)濟(jì)（投入產(chǎn)出比）兩方面的挑戰(zhàn)。
摩爾定律本身是一條物理定律，但是在硅晶體管的尺寸接近10nm的時(shí)候，柵氧化層的厚度只相當(dāng)于十個(gè)原子的厚度。這就會(huì)極易產(chǎn)生量子效應(yīng)，并且導(dǎo)致晶體管的特性難以控制，例如漏電問(wèn)題。對(duì)半導(dǎo)體廠商而言，這是一堵穿不透的墻。
除此之外，因?yàn)榫w管尺寸的縮小，芯片制造成本在逐漸增加，長(zhǎng)期以往每顆芯片的毛利率甚至還會(huì)低于制造的成本。很明顯，未來(lái)大多數(shù)廠商會(huì)因投入產(chǎn)出比而選擇更具商業(yè)價(jià)值的制程。
如何應(yīng)對(duì)？
即便半導(dǎo)體制造商無(wú)法進(jìn)一步縮小晶體管的尺寸，但這并不代表半導(dǎo)體行業(yè)就此停滯不前，業(yè)內(nèi)人士認(rèn)為有兩種方案值得嘗試。
不少業(yè)內(nèi)人士表示，雖然晶體管的尺寸無(wú)法縮小，但未來(lái)能夠取而代之的是通過(guò)堆疊技術(shù)來(lái)提升晶體管的密度，這一技術(shù)成熟后就可同時(shí)保證經(jīng)濟(jì)和技術(shù)效益。
目前，這樣的3D技術(shù)事實(shí)上已經(jīng)在存儲(chǔ)芯片上得到了應(yīng)用，例如英特爾推出的3DxPoint閃存技術(shù)，它在壽命、存儲(chǔ)速度以及容量密度上都要比傳統(tǒng)閃存高幾個(gè)level，另外，三星和閃迪等存儲(chǔ)廠商也已經(jīng)在這一領(lǐng)域推出了各自的產(chǎn)品。
另外，業(yè)界還認(rèn)為我們可以尋找硅材料的替代品，例如利用新型納米材料可能做出接近分子大小的電路。為此，國(guó)內(nèi)外已經(jīng)在著手研究這些新的材料。
這眾多可能成為硅的繼任者之中，石墨烯的呼聲無(wú)疑是最高的，任正非就曾公開(kāi)表示，石墨烯時(shí)代顛覆硅時(shí)代。
石墨烯之所以能受到業(yè)界的青睞，是因?yàn)樗裙璨牧嫌羞^(guò)之而無(wú)不及，它是世界上最薄、導(dǎo)電性能最強(qiáng)的材料。石墨烯只有一個(gè)原子厚，并且具有強(qiáng)度高、導(dǎo)熱和導(dǎo)電效高等優(yōu)異特性，當(dāng)石墨烯與與其他元素?fù)诫s或復(fù)合也可具有半導(dǎo)體特性。
不過(guò)制約石墨烯商業(yè)化的是，這種材料目前仍然無(wú)法量產(chǎn)，而且石墨烯制備成本也一直居高不下，制造一克石墨烯材料比黃金還要貴出不少。