一个世纪准确来说是多少年,一个世纪从哪一年算起

Nova Ltd.是半导体制造中使用的先进过程控制的尺寸，材料和化学计量解决方案的领先创新者和主要提供商。他们是纳斯达克的上市公司。

这是[摩尔定律]没有死。它并没有放慢速度。它甚至没有生病。（1)

黄永昌，台积电研究副总裁

今天，我们预测未来十年我们将保持甚至比摩尔定律更快。（2，3,4,5,6，，，，，，)

英特尔首席执行官帕特·格尔辛格

摩尔定律不再可能。（7，17)

黄仁勋，英伟达首席执行官

半导体行业和那些关注它的人可能熟悉摩尔定律（侧栏1），该定律描述了半导体技术的改进，即集成电路中的晶体管数量随着时间的推移增加一倍的时钟状节奏。

自1965年由半导体行业创始人戈登·摩尔（Gordon E. Moore）制定以来，摩尔定律多年来已成为行业调整和进步的基石。尽管有怀疑论者不时预测摩尔定律的终结，但这些预兆从未发生过。到21世纪之交，摩尔定律已经成为一个行业传奇。

最高级的描述无法充分描述半导体行业对人类进步的深远影响。

由半导体制成的微小晶体管计算机芯片已成为我们21世纪信息社会的命脉，就像石油之于20世纪的工业世界一样。如果没有今天由计算机芯片驱动的无处不在的电子基础设施，几乎没有任何东西可以运行。芯片制造可能是世界上最复杂、过程控制最强的行业。（8)

摩尔定律准确地绘制了减小尺寸的途径，从而提高了这些晶体管的性能。这些信息可以由商业专业人士转化为计算机芯片的产量、收入和利润。基于这些知识，半导体公司可以更容易地在资本市场上筹集资金来建造制造工厂，管理人员可以雇用所需的人力资源，并以较低的风险规划长期资本投资。投资者、生产商、系统制造商和消费者都受益于瑞士手表般的计算机芯片产品周期规律性。与世界上没有其他企业不同，半导体行业对其未来有一个准确、经过验证的路线图......按照摩尔定律的节奏精心编排。

但是，在四十年的辉煌成功之后，摩尔定律动摇了，怀疑论者来了，所有的地狱都崩溃了。

它始于2005年左右摩尔定律的强大技术基础Dennard Scaling的放缓，从而标志着摩尔定律的第一个时代的结束（图1，第一阶段）。半导体行业跌跌撞撞，但很快就恢复了技术修复，将摩尔定律又稳定了十五年，到 2020 年左右（图 1，第二阶段）。然后需要另一个绊脚石和另一个修复来保持摩尔定律的正轨，在新摩尔定律时代的早期，在 2022 年达到我们今天的位置（图 1，阶段 III）。尽管由于技术不确定性而导致的这两个绊脚石得到了迅速而有效的解决，但它们仍然对半导体行业产生了深远的影响。

因此，今天，由于两个明显的失败，关于摩尔定律方向的争论越来越紧迫，使行业资深人士和观察家都对最近的预测感到困惑，例如Wong，Gelsinger和Huang的预测。而且，似乎这些看似与行业领导者不同的预言还不够令人困惑，随着半导体行业平衡并寻找单一的、有效的、总体的指导原则，摩尔定律已经提出了许多替代品。

摩尔定律的一些拟议替代品包括：

• 每瓦性能 （9)

• 库米定律（10)

• 黄氏定律（11)

• 节能计算 （12)

• 无法律 （13,14，15，16，)

如何将这些线拉在一起...正如我们上面所做的那样，一位行业专家令人困惑地声称摩尔定律将继续下去，另一位宣称它将加速，但第三位专家坚持认为摩尔定律已经结束并将被取代......至少提出了五种可行的替代替代方案。

首先，让我们看看摩尔定律的历史和时间表。

图 1：摩尔定律时间表，包括从 2005 年开始使用多核 CPU 的晶体管/CPU 变形的摩尔弯曲 （18)

从摩尔定律的历史和时间表中可以明显看出三个独立的阶段（表1）。

第一阶段，当晶体管密度由Dennard Scaling控制时，从1965年的公式延伸到大约2005年（“摩尔弯”）。

• 第二阶段的结果是半导体芯片在尺寸上水平扩展（“更大的芯片”），通常是通过增加内核数量（内核是内置于较大CPU中的小型CPU或处理器）。第二阶段从2005年左右延伸到2020年，届时模具尺寸达到实际极限。

第三阶段开始于半导体芯片首先垂直缩放，然后通过新的步骤扩展以保持摩尔定律的活力：复杂的3D结构，以及更多的材料，架构，连接选项和封装进步（小芯片等）。其影响将是惊人的：所有行业都必须从设计到制造再到过程控制和测试，以实现第三阶段的变化。

表1：每单位面积的晶体管数量每两年翻一番，摩尔定律随着时间的推移保持不变。只有倍增的原因会发生变化，从而导致摩尔定律的不同阶段。

要解释摩尔定律的不同观点，我们必须首先认识到，它可以从保守、温和或乐观的角度来看待。例如，对于一个保守的纯粹主义者来说，“传统的”摩尔定律可能在第一阶段结束之后结束，大约在2005年，当时Dennard的规模放缓了。在那之后，持续扩展和集成设备的经济性变得没有吸引力（图2）。

图 2：狭隘的保守派可能会认为“传统”摩尔定律在设备扩展和集成停止提供成本效益时就结束了。一个膨胀的乐观主义者可能会得出相反的结论。

看到图2的乐观主义者可能会得出相反的结论：摩尔定律仍然继续控制设备改进，甚至可能根据Stage III技术的承诺加速一段时间。

相信摩尔定律将继续下去而没有重大变化的温和派介于这两种极端观点之间。对于温和派来说，摩尔定律可以继续保持其传统速度，而不会放缓或加速，进入无限期的未来。

总结什么？根据一个人是乐观主义者、悲观主义者还是温和主义者，他对摩尔定律的看法可能会大不相同。

今天，半导体行业的许多人继续接受摩尔定律，尽管不同的观点正变得越来越突出。但这不好吗？分散的行业情况实际上可能是有益的。各种各样的观点，每一种观点都在争夺思想份额，可能会让行业获得更多的关注、投资和增长。不可避免的结论是，投资者、供应商、客户和最终用户应该密切关注半导体行业的发展，否则将面临落后于先进技术曲线的风险。在最近的 IEDM 2022 行业会议上，这种情绪以惊人的方式被带回家，一位半导体行业领导者自信地预测到 2030 年将有一万亿个晶体管计算机芯片，这是对戈登摩尔 1965 年辉煌洞察力的赞美。（22)

摩尔定律能持续一个世纪吗？如果是这样，那么今天就有点过中年了。也许第三阶段技术的光明未来将在未来四十年内推动摩尔定律向前发展......等等。（21）只有未来才能知道摩尔定律能持续多久。

侧边栏 1：摩尔定律

摩尔定律不是定律，而是历史趋势的投射。摩尔定律预测，由于半导体技术的进步，计算机芯片中的晶体管数量将大约每两年翻一番。戈登·摩尔用于确定摩尔定律的原始数据如下所示。

1980年代的超级计算机比半个多世纪前帮助尼尔·阿姆斯特朗登上月球的超级计算机领先了几光年。到1985年，超级计算机CRAY-2已成为有史以来最快，最强大的机器。它以 1.9 gigaflops 或每秒 1 亿次浮点运算 （FLOPS） 的峰值性能创造了世界纪录，远远超过了 9 年前阿波罗 12 号制导计算机的 250，11 FLOPS 峰值性能。但。。。相比之下，今天的智能手机比CRAY-16，5快约000倍，并且为每个人提供了民主化技术。

罗伯特·H·丹纳德（Robert H. Dennard）在1974年担任IBM研究员时提出的以他的名字命名的半导体缩放定律指出，随着晶体管变小，它们的功率密度与面积成比例保持不变，因为电压和电流都随着长度而缩放（向下）。虽然Dennard Scale成立，但较小的晶体管运行得更快，功耗更低，成本更低。但这能持续多久是有限制的。Dennard规模在2005年左右开始崩溃。