为什么会有摩尔定律,摩尔定律为何会失效

大多数芯片从业者肯定会思考这个问题,尤其是科学家 。总有一天,硅技术中的一些问题将难以克服,摩尔定律将走到尽头 。摩尔定律的局限性不是由当前的技术驱动的 。毕竟,如果我们知道如何让它变小,我们可能会这样做 。流程中的每一个新节点都会大大增加开发成本,我们可能会因为成本问题而没有动力推进下一个节点 。
摩尔定律有终结之日吗?

为什么会有摩尔定律,摩尔定律为何会失效


美国国防部高级专家罗伯特在几年前就这么说过:现在是时候开始计划摩尔定律的结束了,值得思考的是它将如何结束,而不仅仅是何时 。大多数的芯片从业人员肯定会思考过这个问题,尤其是科学家们,终究有一天硅工艺技术上的一些问题将难以克服,摩尔定律也就宣告结束,在过去的几十年里,类似的挑战层出不穷,但是我们都经受了挑战,摩尔定律也一直在发挥着作用 。
但问题不仅仅是技术上的,更多的可能要从经济学来考虑,摩尔定律的局限性并不受当前技术的驱动,毕竟如果我们知道如何变小,我们可能会做到这一点 。摩尔定律的界限实际上是一个成本问题,每一个制程新节点都会极大增加开发成本,我们可能会因为成本问题而没有动力去推动下一个节点 。比如十多年前,大概有20多家半导体公司可以承担制程节点研发的成本,但是目前只有三四家了,
预测晶体管将在2021年停止缩小目前在市场上有7nm技术,当进一步提升到5nm或更小时,就存在量子隧穿的可能性,这时候我们基本上失去了对电子的控制,晶体管也就会失去开关的意义 。摩尔定律定有终结之日,可能是2020年,也可能是2025年,但是,在那个时候,我们肯定是已找到了其它方法来提高芯片的计算性能并且可以很好的控制成本,比如三维固态量子计算或其他已经在实验室中构建的芯片,
摩尔定律为何会失效?是到达了物理极限还是人类智力极限?
为什么会有摩尔定律,摩尔定律为何会失效


首先,摩尔定律只是个经验规律而已,它不是不可突破的 。失效了也就失效了,没什么大不了,摩尔定律来自于对历史数据的估算,本来也曾经修改过两次 。一开始,被定为“每12个月翻一番”,后来又改成“24个月翻一番”,最后才是我们熟知的那个18个月版本,在那之后,半导体行业就尽量达到这个目标,以这个规律来指导行业的发展 。
至于失效,也主要是因为物理极限,如果要在芯片上继续增加晶体管密度的话,线路的宽度会继续缩减,导电区域与绝缘区域都会变得越来越窄 。在窄到一定程度的时候,会显示出较强的量子特征,例如“量子隧穿”,在这种时候,电子可能会越过绝缘体而出现在另一侧导体中,让导体和绝缘体的区别不那么明显 。于是漏电现象和发热现象会变得很严重,
芯片已发展到2nm,摩尔定律会失效吗?芯片技术无法突破了吗?
2nm,2纳米,相当于2乘10负9次方米 。2nm芯片是指光刻机每次曝光时留下介质层的间距,不是指整个芯片大小只有2nm,例如如果用7nm的光刻机,要实现2nm的芯片,需要最少曝光4次 。摩尔定律:是指当价格不变时,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只是观测或推测,而不是一个物理或自然的法则 。预计到2020年(今年)之后,随着光刻机技术的提高,摩尔定律将被颠覆,也许6-8个月或者更短4-6个月,芯片可容纳的元器件的数目就会翻一倍,从理论上说,可以做到1nm的芯片或者更小,但是成本会成倍增加 。

推荐阅读