英特尔联合创始人戈登·摩尔逝世 影响半导体半世纪的摩尔定律回顾

2023年3月,科技圈传来一则让人唏嘘的消息。英特尔联合创始人戈登·摩尔逝世,享年94岁。这个名字可能对一些普通人来说有点陌生,但他提出的一个定律,却悄悄改变了我们每个人的生活。

1965年,摩尔还在仙童半导体工作。当时他受邀为《电子学》杂志写一篇短文,聊一聊集成电路的未来发展。那时候集成电路才诞生6年,没人能准确预判它的潜力。摩尔翻了翻手头的数据,发现一个有意思的规律。从1959年到1965年,集成电路上的晶体管数量,每过一年半到两年就会翻一番。他把这个观察写进了文章,还大胆预测,这个趋势至少会持续10年。

谁也没想到,这个随口的观察,后来成了半导体行业的“隐形准则”。1968年,摩尔和罗伯特·诺伊斯一起离开仙童,创立了英特尔公司。英特尔成立后,把这个规律当成了技术升级的核心节奏。1971年,英特尔推出全球第一款商用微处理器4004,上面只有2300个晶体管。到2000年的奔腾4处理器,晶体管数量已经突破4200万。刚好符合摩尔当年的预测,甚至持续的时间远超10年。

整个半导体行业都跟着这个节奏跑。台积电、三星这些晶圆代工厂,不断推进制程工艺的缩小。从10nm到7nm,再到现在的3nm,每一次制程升级,都意味着在同样大小的芯片上,能放下更多晶体管。性能提升的同时,成本还能保持下降。这也是为什么我们手里的电子设备,总能越来越小、越来越强、越来越便宜。

你可能没意识到,自己的生活早就被摩尔定律改变了。小时候家里的第一台台式机,主机占了大半个桌子,开机要等好几分钟,运行个Word都偶尔卡顿。现在的轻薄本,能塞进背包,同时开几十个网页、剪4K视频还不费劲。十年前的iPhone 4,只有512MB内存,拍照模糊得像加了滤镜。现在的旗舰手机,16GB内存是标配,拍出来的照片能直接当桌面壁纸。就连你玩的游戏机,从早年的红白机到现在的PS5,画面和流畅度的飞跃,背后都有摩尔定律的推动。

不过,摩尔定律的脚步,在最近十几年慢慢慢了下来。物理规律的天花板,终究还是挡在了前面。当晶体管的尺寸缩小到3nm以下,电子会发生量子隧穿效应。简单说就是,电子会“跑”出原本的轨道,导致芯片无法正常工作。这不是技术问题,是物理定律的限制。而且,研发和制造先进制程芯片的成本,已经高到离谱。建一座能生产3nm芯片的晶圆厂,要花上几百亿美元。这笔钱,不是所有厂商都能拿得出来。

摩尔自己后来也说过,这个定律不会永远持续。他从来没把它当成一个必须严格遵守的科学定理,只是对行业发展的一个观察。但它的意义,从来都不是永远生效,而是给整个半导体行业指明了一个明确的方向。半个多世纪里,无数工程师、科学家朝着这个方向努力,才催生了今天的数字时代。

除了提出摩尔定律,戈登·摩尔对科技圈的贡献还有很多。他和诺伊斯创立的英特尔,不仅推动了微处理器的发展,还为个人电脑的普及奠定了核心基础。早期的英特尔,主要做存储器芯片。后来摩尔看到个人电脑的潜力,果断带领公司转向微处理器研发。1981年,IBM选用英特尔的8086芯片作为PC的核心,从此个人电脑开始走进千家万户,开启了个人计算时代。

现在,摩尔定律虽然不再严格符合最初的表述,但它留下的创新精神还在。半导体行业没有停下脚步,大家都在找新的出路。比如3D堆叠芯片,把好几层芯片叠在一起,不用缩小晶体管也能提升性能。还有Chiplet技术,把不同功能的小芯片拼在一起,降低研发成本。甚至量子计算,也被当成了未来的方向之一。

戈登·摩尔走了,但他留下的遗产,还会继续影响科技的发展。那个在1965年写下简单观察的工程师,可能自己也没想到,会给整个世界带来这么大的改变。

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[Q]:戈登·摩尔是谁?
[A]:他是英特尔的联合创始人之一,也是摩尔定律的提出者,2023年3月逝世,享年94岁,一生推动半导体行业发展近半个世纪。
[Q]:摩尔定律具体是什么内容?
[A]:1965年戈登·摩尔在《电子学》杂志文章中提出,集成电路上可容纳的晶体管数量,每18到24个月就会翻一番,性能也随之提升,成本却能保持下降趋势。
[Q]:摩尔定律是怎么成为行业准则的?
[A]:一开始只是摩尔对行业发展的简单观察,后来英特尔等半导体厂商以此为节奏迭代产品,整个行业都跟着推进技术升级,慢慢成了指导行业发展的隐形规则。
[Q]:摩尔定律给普通人带来了哪些实际变化?
[A]:最直观的是电子设备越来越小、性能越来越强、价格越来越低,比如早年的大型计算机变成了口袋里的智能手机,还有更流畅的办公电脑、体验更好的游戏机等。
[Q]:摩尔定律现在还生效吗?
[A]:随着芯片制程逼近物理极限,晶体管数量的增长速度已经放缓,摩尔定律的原始表述不再严格成立,但它的创新精神仍在影响半导体行业的发展。
[Q]:戈登·摩尔除了摩尔定律还有哪些贡献?
[A]:他和罗伯特·诺伊斯共同创立英特尔公司,早期推动存储器芯片发展,后来带领公司转向微处理器研发,为个人电脑的普及奠定了核心基础。
[Q]:半导体行业怎么应对摩尔定律的瓶颈?
[A]:行业正在探索3D堆叠芯片、Chiplet技术、量子计算等新方向,用这些方式延续性能提升的趋势,替代传统的制程缩小路径。
[Q]:摩尔定律对半导体行业的影响有多大?
[A]:它给半导体行业指明了技术升级的明确节奏,驱动行业半个多世纪的快速创新,催生了个人电脑、智能手机等多个科技领域的爆发,是现代数字经济的重要基石。
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