摩尔定律要终结了?这么难懂的文章小编都看不下去了!
时间:2021-09-16 00:04点击量:


本文摘要:这里有两件事必须留意第一是摩尔这里辩论的是一块集成电路上的元件,某种程度是晶体管的数量。一般来说元件的数量比晶体管要多出很多,虽然这一比率不会因为用于有所不同基本类型的晶体管而随着时间的流逝上升。但在后来的几年里,摩尔定律常常变为纯粹的晶体管计数。

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早已巩固运营了50年之久的摩尔定律就将步入落幕,但这背后也蕴含着大量的机会。原文来自RodneyBrooks的博客。摩尔定律究竟从何而来Moore,GordonE.,Crammingmorecomponentsontointegratedcircuits,Electronics,Vol32,No.8,April19,1965.Electronics是一本1930年到1995年期间创刊的贸易期刊。1965年,戈登·摩尔(GordonMoore)公开发表于上的一篇宽约四页半的文章有可能是这本期刊最知名的文章了。

这篇文章不仅阐述了一个趋势的开始,而且这种趋势渐渐沦为一个目标/法则,统治者了硅基电路产业(这是我们的世界中每一个数字设备的基础)五十年。摩尔是加州理工学院博士,是1957年正式成立的仙童半导体公司的创始人之一,同时自1959年起兼任该公司的研发实验室主任。仙童是以生产硅基半导体起家的,当时大多数半导体还是以锗为材料的,这种半导体工艺十分较慢。你可以从网络上搜到大量声称其原稿复印件的文件,但是我注意到其中有一些所谓的原稿中的图是新的画上去的,与我仍然看见的原稿有些有所不同。

下面我将重现原稿中的两张图表,据我所知,我的这份拷贝版是该杂志原稿的唯一拷贝版本,没手动/人工的痕迹。首先我要重现的是摩尔定律起源精华。然而,该论文中还有一个某种程度最重要的早期图表,预测有可能经常出现的硅基功能电路的未来产量。

它的实际数据比这个较少,而且正如我们所看见的,这张图表包括了现实的未来。这是一张关于集成电路上元件数量的图。集成电路是经由一个类似于印刷的过程生产出来的。

光以数种有所不同的模式打到薄薄的硅晶圆(wafer)上,同时不会有有所不同的气体填满入它的气囊中。有所不同的气体不会在硅晶圆表面引发有所不同的光致化学反应,有时不会沉积某些类型的材料,有时不会生锈材料。有了能塑造成光线的准确光掩模(mask),准确掌控好温度和曝光时间,就能打印机出有一个二维电路。该电路上有晶体管、电阻和其它元件。

其中很多有可能是在单个晶圆上一次成型的,就像许多字母在一页纸上重复使用印刷一样。在给定一个作好的晶圆上电路上,其良率是质量合格的芯片占到一个晶圆上芯片总数的比例。然后这块硅晶圆不会被小块几块,每一块上都包括了一个芯片,而且每一个电路都放到自己的塑料PCB中,只遮住几只小「腿」作为连接线,如果你仔细观察一张过去四十年里芯片版图,你不会上面充满著了大量的集成电路。单个集成电路中的元件数量很最重要。

既然构建芯片是打印机出来的,过程中就没人工的痕迹,这不同于早期的电子产品,其中的每个元件都必须手工摆放和加到。现在一个包括了多个集成电路的简单电路仅有必须手工装配这些构建芯片就可以了,而且后来这道工序也相当大程度上自动化了。只要有一个良率不俗的生产过程,那么用上一块单个构建芯片的时间就是恒定的,不管组件的数量是多少。

这意味著总共必须手工或者机器相连的构建芯片数量较较少。所以,就像摩尔那篇论文的标题所说,把更好的元件构建到一个单个构建芯片上是一个很好的主意。该图横轴回应的是一块构建芯片上的组件数的以2为底的对数,横轴回应的是年份。

左起仍然向下伸延的每一个缺口都会将元件的数量增加一倍。所以3所指的是2的三次方,相等8,13所指的是2的13次方,相等18192。从1962年到1972年,元件数量减少了1000倍。

这里有两件事必须留意第一是摩尔这里辩论的是一块集成电路上的元件,某种程度是晶体管的数量。一般来说元件的数量比晶体管要多出很多,虽然这一比率不会因为用于有所不同基本类型的晶体管而随着时间的流逝上升。但在后来的几年里,摩尔定律常常变为纯粹的晶体管计数。

另一件事是1965年公开发表这张图中只有四个现实的数据点。而在1959年组件的数量是2的零次方,也就是1,显然算不上是一块集成电路,因为那只是单个电路元件——那时构建芯片仍未发明者。所以这是一个空数据点。之后他绘制了四个实际数据点,我们假设就是指仙童公司有可能产生的数据中收集的。

1962、1963、1964、1965这四个年份对应的数据点分别是8、16、32和64。这里面的机制是什么,它怎么能起起到的?它能起起到是因为它在数字域中,也就是yes或no的域,0或1的域。在这篇四页半页的文章的后半页,摩尔说明了他的应验的局限性。

他说道对于一些东西,如储能,他预测的趋势就不起作用。能量闲置一定数量的原子和电子来储存一定数量的能量,所以你不仅无法随意转变原子的个数还必须存储完全相同量的能量。某种程度,如果你有一个半加仑的牛奶容器,你无法在里面敲一加仑牛奶。

然而基本的数字抽象化是yes或者no。构建芯片中的电路元件只必须告诉先前的元件是yes还是no,不管否不存在电压或电流。

在设计阶段一要求多少伏特或安培以上为yes,多少以下为no。这些数字之间必须有一个很好的拆分,区分出有一个明显的中间区域与最大值区域或最小值区域。

但是区域的幅度会有什么影响。我讨厌把它想象成一堆沙子。

桌子下有或没一堆沙子?也许我们必须确认一下大约多少沙子才能称得上上是一堆沙子。但是长时间情况下,把一堆沙子减为,我们依然可以说道桌子上有一堆沙子。然后我们能再度将这个数量减为。

并且,yes或no的数字抽象化仍然可以起起到。我们还可以再行减为,某种程度没问题。就这样,一次一次一次减为下去。

这就是摩尔定律的原理,最初的定理是这样叙述的:我们将不会看见构建芯片上的元件数量每年增加一倍,从1965年到1975年持续10年。其他版本的摩尔定律接踵而至;这些定律都是关于缩减到的,但是有时缩减到的是其他东西,并且缩减到必须的时间常数不会稍长。最风行的版本是晶体管数缩减到、晶体管的电源速度缩减到、单个芯片上的存储空间刷一倍、计算机的二级内存刷一倍——其最初是在机械磁盘上,但是最近五年早已升级成固态存储器的形式。还有很多其他的版本。


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