摩尔定律已死 半导体行业发展会停滞吗

1965年，英特尔联合创始人戈登-摩尔(Gordon

Moore)观察到，集成电路中的元件集成度每12个月就能翻番。此外，确保每晶体管价格最低的单位芯片晶体管数量每12个月增长一倍。1965年，单位芯片50个晶体管可以带来最低的每晶体管成本。摩尔预计，到1970年，单位芯片可集成1000个元件，而每晶体管成本则将下降90%。

在对数据进行提炼和简化之后，这一现象就被称作“摩尔定律”：单位芯片晶体管数量每12个月增长一倍。

摩尔的观察并非基于任何科学或工程原理。这仅仅反映了行业发展趋势。然而，在随后的发展中，半导体行业并没有将摩尔定律当作描述性、预测性的观察，而是视为规定性、确定性的守则。整个行业必须实现摩尔定律预测的目标。

然而，实现这一目标无法依靠侥幸。芯片开发是一个复杂过程，需要用到来自多家公司的机械、软件和原材料。为了确保所有厂商根据摩尔定律制定同样的时间表，整个行业遵循了共同的技术发展路线图。由英特尔、AMD、台积电、GlobalFoundries和IBM等厂商组成的行业组织半导体协会从

1992年开始发布这样的路线图。1998年，半导体行业协会与全球其他地区的类似组织合作，成立了“国际半导体技术路线图”组织。最近的一份路线图于

2013年发布。

摩尔定律提出的预测早在很久之前就已出现过问题。1975年，摩尔本人更新了摩尔定律，将半导体行业的发展周期从12个月增加至24个月。在随后30年中，通过缩小芯片上元件的尺寸，芯片发展一直遵循着摩尔定律。

摩尔定律的终结

然而到00年代，很明显单纯依靠缩小尺寸的做法正走到尾声。不过，通过其他一些技术，芯片的发展仍然符合摩尔定律的预测。在90纳米时代，应变硅技术问世。在45纳米时代，一种能提高晶体管电容的新材料推出。在22纳米时代，三栅极晶体管使芯片性能变得更强大。

不过，这些新技术也已走到末路。用于芯片制造的光刻技术正面临压力。目前，14纳米芯片在制造时使用的是193纳米波长光。光的波长较长导致制造工艺更复杂，成本更高。波长13.5纳米的远紫外光被认为是未来的希望，但适用于芯片制造的远紫外光技术目前仍需要攻克工程难题。

即使远紫外光技术得到应用，目前也不清楚，芯片集成度能有多大的提高。如果缩小至2纳米，那么单个晶体管将只有10个原子大小，而如此小的晶体管可靠性很可能存在问题。即使这些问题得到解决，功耗也将继续造成困扰。随着晶体管的连接越来越紧密，芯片功耗将越来越大。

应变硅和三栅极晶体管等新技术历经了10多年的研究才得到商用。远紫外光技术被探讨的时间更长。而成本因素也需要考虑。相应于摩尔定律，我们还有一个洛克定律。根据后一定律，芯片制造工厂的成本每4年就会翻番。新技术的发展可能将带来更高的芯片集成度，但制造这种芯片的工厂将有着高昂的造价。

近期，我们已经看到这些因素给芯片公司造成了现实问题。英特尔原计划于2016年在Cannonlake处理器中改用10纳米工艺，这小于当前

Skylake芯片采用的14纳米工艺。去年7月，英特尔调整了计划。根据新计划，英特尔将推出另一代处理器Kaby

Lake，并沿用此前的14纳米工艺。Cannonlake和10纳米工艺仍在计划之中，但被推迟至2017年下半年发布。

与此同时，新增的晶体管变得越来越难用。80至90年代，新增晶体管带来的价值显而易见。奔腾处理器的速度远高于486处理器，而奔腾2代又远好于奔腾1代。只要处理器升级，计算机性能就会有明显的提升。然而在进入00年代之后，这样的性能提升逐渐变得困难。受发热因素影响，时钟频率无法继续提高，而单个处理器核心的性能只能实现增量式增长。因此，我们看到处理器正集成更多核心。从理论上来说，这提升了处理器的整体性能，但这种性能提升很难被软件所利用。

半导体行业的新路线图

这一系列困难表明，由摩尔定律驱动的半导体行业发展路线图即将终结。但摩尔定律日薄西山并不意味着半导体行业进步的终结。

爱荷华州大学的计算机科学家丹尼尔-里德(Daniel

Reed)打了个比方：“想一想飞机行业发生了什么，一架波音787并不比上世纪50年代的707快多少，但是它们仍然是非常不同的两种飞机。”比如全电子控制和碳纤维机身。“创新绝对会继续下去，但会更细致和复杂。”

2014年，国际半导体技术路线图组织决定，下一份路线图将不再依照摩尔定律。《自然》杂志刊文称，将于下月发布的下一份路线图将采用完全不同的方法。

新的路线图不再专注于芯片内部技术，而新方法被称作“比摩尔更多”。例如，智能手机和物联网的发展意味着，多样化的传感器和低功耗处理器的重要性将大幅提升。用于这些设备的高集成度芯片不仅需要逻辑处理和缓存模块，还需要内存和电源管理模块，用于GPS、移动网络和WiFi网络的模拟器件，甚至陀螺仪和加速计等MEMS器件。

以往，这些不同类型的器件需要用到不同的制造工艺，以满足不同需求。而新路线图将提出，如何将这些器件集成在一起。整合不同制造工艺、处理不同原材料需要新的处理和支持技术。如果芯片厂商希望为这些新市场开发芯片，那么解决这些问题比提高芯片集成度更重要。

此外，新的路线图还将关注新技术，而不仅是当前的硅CMOS工艺。英特尔已宣布，在达到7纳米工艺之后，将不再使用硅材料。锑化铟和铟镓砷化合物都有着不错的前景。与硅相比，这些材料能带来更快的开关速度，而功耗也较低。碳材料，无论是碳纳米管还是石墨烯，也在继续被业内研究。

在许多备选材料中，二维材料“石墨烯”被看好。这种自旋电子材料通过翻转电子自旋来计算，而不是通过移动电子。这种“毫伏特”量级( *** 作电压比“伏特”量级的晶体管要低得多)的电子开关比硅材料开关的速度更快，而且发热量更小。不幸的是这种电子材料还未走出实验室。

石墨烯的扫描探针显微镜图像

尽管优先级下降，但缩小尺寸提高集成度的做法并未被彻底抛弃。在三栅极晶体管的基础上，到2020年左右，“栅极全包围”晶体管和纳米线将成为现实。而到20年代中期，我们可能将看到一体化3D芯片的出现，即在一整块硅片上制作多层器件。

斯坦福大学的电气工程师Subhasish Mitra和他的同事已经开发出用碳纳米管将3D存储单元层连接起来的办法，这些碳纳米管承载着层间的电流。

该研究小组认为，这样的体系结构可以将能耗降低到小于标准芯片的千分之一。

IBM的3D存储芯片微观结构

此外，另一种提高计算性能的方法是使用像“量子计算”这样的技术，该技术有望加速某些特定问题的计算速度，还有一种“神经计算”技术旨在是模拟大脑的神经元处理单元。

但是，这些替代性的技术可能需要很久才能走出实验室。

而许多研究者认为，量子计算机将为小众应用提供优势，而不是用来取代处理日常任务的数字计算。去年底，谷歌量子人工智能实验室已证明：他们的D-Wave量子计算机处理某些特定问题，比普通计算机快一亿倍。

D-Wave量子计算机

通过新材料、不同的量子效应，甚至超导等不可思议的新技术，半导体行业或许能继续像以往一样提高芯片集成度。如果集成度能获得明显提升，那么市场对速度更快的处理器的需求可能将再次爆发。

但目前看来，摩尔定律被打破将成为一种新常态。摩尔定律对半导体行业的指导意义正逐渐消失。

1、常用词根有：

（1）acid，acri，acrid，acu=sour， sharp，表示“尖，酸，锐利”，如：acidify酸化（acid+ify…化→酸化）；acuity尖锐，敏锐(acu+ity性质→尖的性质→尖锐)。

（2）act=todo， to drive，表示“行动，做”，如：acting演技；enact实施，颁布(en+act→使[法律]动→实施法律)。

（3）aer, aero, aeri=air，表示“空气，充气”等，如：aerate通气，充气(aer+ate表动词)；aeriform无形的，非实体的(aeri+form形状→空气的形状→无形的）。

（4）cant，cent=sing，song，表示“唱，歌”，如：accent口音，重音；incentive激励，刺激力量（in 进入+cent唱+ive→把力量唱进去→激励）。

（5）doc=to teach，表示“教”，如：doctor博士，医生（doct教+or→教的人→有学问的人→博士）；doctrine教义，教条（doctr+ine→教的东西→教条）。

2、常用前缀有：

（1）表示否定的前缀：in-, im-, il-, ir-表示“not”“the converse of”。例如：

inefficient (无效率的), infrequent（不频繁的）, improper（不合适的）, impossible（不可能的）, illiterate（无文化的）, irregular（不规则的）。

（2）表示倒序或否定的前缀：de-，dis-。

de-表示“reversing the action”。例如：decentralize（使分散）, defrost（除霜）, desegregate （取消种族隔离）, de-escalate（降低）。

dis-表示“reversing the action”“not”。例如：disappear（消失）, discount（折价）, disagreement （不一致）, disadvantage（不利）, disobey（不服从）。

（3）表示程度或尺度的前缀：co-，mini-，over-，sub-，super-。例如：co-education（男女合校制的教育）, minibus（小型巴士）, overanxious（过度焦虑的）, subconscious（潜意识）,supernatural（超自然的）。

（4）表示方位和态度的前缀：anti-，contra-，counter-，例如：anti-war（反战的）,counteract（抵消）, counteract（阻止）。

（5）表示时间和顺序的前缀：ex-，fore-，post-，re-，例如：ex-president（前总统）, forecast（预测）, post-war（战后）,recall（回忆）。

3、常用后缀有：

（1）构成名词的后缀常用的有-ence，-(e)r/ -or (从事某事的人),-ese (某地人)，-ess (雌性)，-ful (一……)，-ian (精通……的人)，-ist (专业人员)，-ment (性质；状态)，-ness (性质；状态)，-tion(动作；过程)等。

例如：differ不同于→difference区别；write写→writer作家；Japan日本→Japanese日本人；act表演→actress女演员；mouth口→mouthful一口；music音乐→musician音乐家。

（2）构成动词的后缀常用的有-(e)n (多用于形容词之后)，-fy (使……化)，-ize (使……成为)。

例如：wide→widen加宽；beauty→beautify美化；pure→purify提纯；real→realize意识到；organ→organize组织。

（3）构成形容词的后缀常用的有-al， -able (有能力的)，-(a)n(某国人的)，-en (多用于表示材料的名词后)，-ern (方向的)，-ese(某国人的)，-ful，-(ic)al，-ish，-ive，-less (表示否定)，-like (像……的)，-ly，-ous，-some，-y (表示天气)等。

例如：nature自然→natural自然的；reason道理→reasonable有道理的；America美国→American美国的；China中国→Chinese中国人的。

（4）构成副词的常用后缀有-ly(主要用于形容词之后表示方式或程度)，-ward(s) (主要用于表示方位的词之后表示方向)。

例如：angry生气的→angrily生气地；to到→towards朝……，向……；east东方→eastward向东。

（5）构成数词的后缀有-teen (十几)，-ty (几十)，-th (构成序数词)。例如：six六→sixteen十六→sixteenth第十六；four四→forty四十→fortieth第四十。

一、常见英语前缀

1、a- 在……之上‖aboard prep. 在（船、飞机、车）上

2、ab-, abs- 离开，偏离‖abnormal a. 反常的

3、anti- 先‖anticipate vt. 预期

4、ac-, ad-, af-, ag-, ap-, ar-, as-, at-表加强意 ‖accuse vt. 指控

5、bene- 好‖beneficial a. 有益的

6、bio- 生命‖biology n. 生物学

7、cata- 向下‖catalog(ue) n. 目录

8、col-, com-, con-, co-, cor- 共同，一起 ‖combat n. 战斗

9、contra- 相反‖contrast v. 对比，对照

10、de- 离；加强词意‖depart vi. 离开；背离

11、di-, dif-, dis- 分开 ‖discard vt. 丢弃

12、dia- 穿过‖diameter n. 直径

13、e-, ef-, ex- 出，出来‖export v. 出口

14、em-, en- 在……之中；使……‖enclose vt. 围住

15、fore- 前‖forehead n. 前额

16、i-, il-, im-, in- 不 ‖indifferent a. 不关心的

17、im-, il- 在……上‖impose vt. 把……强加于

18、in- 进入；向……‖indicate vt. 表明，示意

19、inter- 在……之间‖interfere vi. 干涉

20、micro-, mini- 小 ‖microwave n. 微波

21、multi- 许多‖multiple a. 复合的，多重的

22、non- 不‖nonsense n. 废话

23、ob-, op- 相反‖oppose vt. 反对

24、out- 向外，出来‖outlet n. 出口

25、over- 越过‖overlook vt. 忽视

26、per- 穿过‖perspective n. 视角

27、pre- 在…之前‖pregnant a. 怀孕的

28、pro- 向前‖promote vt. 促进

29、re- 向后；再次‖recall vt. 回忆起

30、semi- 半‖semiconductor n. 半导体

31、sub- 在……下‖subway n. 地铁

32、super- 在……之上，超级的 ‖superior a. 优于……的

33、trans- 横过，越过‖transplant vt. 移栽

34、tri- 三‖triangle n. 三角

35、un- 不‖uncover vt. 揭露

36、under- 在……下面，低于……‖underline vt. 在……下面划线

37、uni- 一个‖unique a. 唯一的，独特的

二、常见英语后缀

1、动词后缀：-ate,-en, -(i)fy, -ish, -ize/ise

2、副词后缀：-ly,-ward(s), -way(s)

3、形容词后缀：-able/ible,-al/ial,-full, -ic, -ish, -ive, -ly

4、表示“人”的名词后缀：-ist,-man, -er/or, -ee, -ant

5、表示“小”的名词后缀：-el,-let, -(c)ule

6、抽象名词后缀：-ion,-hood, -ic(s), -ism, -ship, -ty

扩展资料

一个英语单词可以分为三个部分：前缀（prefix），词根（stem）及后缀（suffix）。单词中位于词根前面的部分就是前缀。前缀，可以改变单词的意思。

参考资料：词根、前缀、后缀、英语词根-百度百科

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