文献设计作业

摩尔定律发展与我们的生活

摘要：本文首先介绍了摩尔定律被提出，以及人们对它所做的研究，以及未来的发展方向，

和它面临的经济挑战，最后就讲到了它对我们生活的影响，也就是智能生活。

关键词：摩尔定律、集成电路、微型芯片、经济学驱动、智能生活

1.摩尔定律的提出

摩尔定律是由英特尔（Inetl）创始人之一戈登•摩尔在搜集1959年至1965年集成电路上

晶体管数量的数据的基础上于1965年4月提出的。即当价格不变时集成电路上可容纳的晶体

管数目约每隔18个月便会增加一倍了胜能也将提升一倍。通俗的说法就是每过1至2年我们

能买到比之前性能提高一倍的电脑，但是价格跟原来差不多。

多年来摩尔定律推动了产能提升，也带动了半导体产业惊人的发展。这驱动力创造了超

快速数字处理器、宽带的提升及容量庞大的存储器，使得个人计算机、移动手机以及各种需

要大量资料流量与储存空间的应用装置、生产力大幅提升。

2.摩尔定律的研究

自身的瓶颈：半导体产业飞速发展的同时也面临着新的挑战：一方面，利用先进CMOS技

术开发SOC的成本飞涨；另一方面，体积的不断缩小将把摩尔定律推向末路。

2.1首先是制造工艺上的一些问题

依照目前的发展趋势肩两个方面的问题越来越明显就是关于漏电流和高温。这些问题需

要通过制造工艺的进步来解决。摩尔曾经指出漏电流将会限制摩尔定律发展，当晶体管的尺寸

不断减小漏电流的影响将使得功耗增大。如果设计者不断减小晶体管的尺寸，电流将变得越来

越大并烧毁晶体管。

2.2芯片尺寸极限

现有的硅芯片在未来5年内将可能达到物理极限，其单个晶体管的大小将达原子级，这

将是一个真正的物理极限。目前，大规模芯片生产已普遍达到40nm工艺，28nm工艺规模也逐

渐在扩大，三星和英特尔14nm工艺也己经研发出来，并已成功用于苹果的移动处理器。微电

子工业发展每下一步的线宽大约是前一步的0.7倍，因而14nm的下一步是9.8nm,我们已经

逐步逼近原子极限。如果芯片生产仍然能以3年翻一番的速度发展，那么在几年之后，就必

然会面临硅芯片技术的物理极限。

2.3漏电流

当“栅极”的长度小于5nm时，将会产生隧道效应，即由于源极和栅极很近，电子会自

行穿越通道，从而造成“0”、“1”逻辑错误。Intel的研究结果证明，隧道效应不管晶体管材

质的化学特性怎样都会发生，当缩小晶体管尺寸到了一定程度时，必会产生隧道效应。

2.4功耗问题

摩尔定律的核心是不断增加晶体管的数目，以及更强大的性能和更高的集成度，但这也同

时意味着随着单位面积上晶体管数量翻倍的同时，产生的热量也相应翻倍了。电脑主机的散

热我们还能加一个电风扇，但在一片只有指甲块大的芯片上如何解决散热问题呢？就对研发

人员提出了更高的要求。

3.摩尔定律未来的发展方向

晶体管发明以前,没有人能预料到今天电子信息产业的繁荣。也许我们能使用新的材料或

者技术来改变现状。我们可以考虑使用其他的半导体元素代替硅元素制作晶体管，比如元素周

期表上第三和第五族的元素。利用它们不同的属1胜提高芯片的性能。但这可能仅仅是权宜

之计,因为它们可能也会遇到与硅元素相同的问题。石墨烯也是一个很有希望的晶体管材料。

但是它也有很多问题，比如没有足够的带隙六们对它的了解也不足够充分。这些材料和技术目

前都处于探索之中未来也许也会有新技术出现并带来革命1胜的改变。如果将来的某个发明

改变了集成电路性能提升的方式或者产生了新的计算机技术取代了现有的集成电路工作原理

那么摩尔定律可能将不再适用。

4.摩尔定律面临的经济挑战

晶体管集成度的不断提高到技术多样化的革命性转变，为半导体制造商带来了大的商机

以及更诱人的新业务市场。但同时，晶体管的密度增加了，开发相应工艺的成本也随之增加

了。经济因素最终会限制半导体的进一步发展，整个工业将受限于过于昂贵的技术。

刻制工艺和技术是集成电路工业的关键技术，光刻机已如此昂贵，但价格还在上涨。上

到尖端的航天技术，下到我们天天经历的日常生活，电子芯片对于现代文明的影响可谓无处

不在。我们身边，从电话、电视甚至厨房设备，几乎所有需要电力驱动的产品都有着一块电

子芯片，而所有的芯片，又无一例外都是光刻工艺的产物。光刻的成本已经占整个晶片成本

的30%o它不仅是组装过程中最贵的一道工艺，而且是半导体生产线上最贵的部分。这关系到

每个生产商。同时，由于行业的知识和组织特性，电信业的发展依赖于产品快速成型、短时

间地进入市场以及转向灵活，所有这些都使成本趋于上升。

另一个成本因素是光刻在芯片上的掩模版所需的花费。掩模版制作类似于照片的缩影过

程，但是它要昂贵得多。掩模版的制备在成本因素中可以说是最重要的一部分，而每只晶体

管的成本在推动电信业发展的变量中也是非常重要的一个因素。伴随着新一代产品的成功，

晶体管一定是尺寸更小、更加紧密地排列在硅片上。所以，制造商不仅要制造出更小的部件,

而且必须把部件更紧凑地组装起来，这些因素使掩模版的成本上升。

航空业曾经上演了产品开发由性能驱动到经济学驱动的转变。协和客机(Concorde)的速

度数十年来不断加快，尽管最高时速可达每小时2000公里，但这并没能成为空中客机的新标

准。从巴黎飞到纽约，Concorde仅需3个小时，本以为Concorde将因此建立行业新标准，然

而，经济学却占了上风。过度油耗造成机票价格上涨，乘客难以承受，最终Concorde只能藏

身于博物馆。目前，航空业平均速度为每小时1000公里，这就是它的经济学平衡点，这一速

度已经保持了多年，迄今未变。和航空业相类似，对于生活来说，还有比速度更重要的事情。

如今最经济的解决方案不一定基于市场上最前沿技术。

5.摩尔定律与智能生活

如今，人们日常生活使用的很多设备都搭载了由晶体管构成的微处理器。得益于摩尔定

律，这些设备在成本方面得以显著降低，在性能和能效方面却实现了飞速提升，电子设备在

各个领域的使用越来越来广泛，为人类带来了极大便利，并已成为人类生活中不可或缺的一

部分。

51生活娱乐

科技的进步促使人们的生活节奏日益加快。在如此快节奏的生活下，人们的身体和精神

极易疲劳，尤其是精神上，当社会给予的约束难以释放时，大多数人会选择虚拟世界，通过

娱乐减压。但由于技术条件的限制，人们只能通过输入设备来传达我们的指令，并不能真正

的身临其境。而随着虚拟现实（简称VR）等技术的发展，人们可以直接通过身体语言来进行

操作，像是挥手、跑、跳等动作。通过虚拟现实技术体验游戏人物的独特视角，亦或是置身

于电影里那般壮观的场景，亦或是足不出户体验异域风情。种种这般立体、独特的视角，娱

乐的方式也从动手、动脑，转变到了全身的身体感官。

5.2智能机器人

随着智能技术的发展，越来越多机器人已经运用在人们的生活中，它将人类从重复而又

繁重的劳动中解放出来。它可以包揽我们的家务活，像洗衣、拖地之类更是不在话下，而人

们只要对它发号施令即可。闲暇之余，它还可以陪伴我们玩耍，甚至可以进行简单的沟通。

有朝一日，越来越多的家庭会上演这样的场景：忙绿一天的人们只需坐在饭桌前就能享受到

机器人做好的可口菜肴；饭后，人们舒服地躺在沙发上玩游戏，机器人在一旁认真的干家务,

这样的生活是多么惬意呀！

5.3环境监测

“雾霾”已成中国最广泛关注的大事件，大环境我们一时难以改变，但是自己的家，你

是拥有完全控制权的，透过智能生活产品你可以改善自己的一亩三分地。糟糕的环境严重的

影响着我们的身体健康，长时间暴露在有污染的室内环境中，对我们的身体百害而无一利，

而我们不能通过肉眼感知，却可以依靠智能设备监测室内环境，不仅可以锁定污染物的来源,

有效的改善空气质量，通过对湿度、温度、二氧化碳、氧气浓度的智能调节，让我们一直处

在最适宜的家居环境中。

5.4身体健康

可穿戴设备可以说是智能生活的前哨产品，人们日常佩戴的都有心率手环，所以大多设

备都瞄准了个人健康管理，从简单的计步，到紫外线检测、心率检测；而越来越多的设备，

也开始向医疗领域发力，像是智能血压仪、智能体重仪。未来就医看病，也许可以不用“望、

闻、问、切”，透过时时的健康数据查询，就可以诊断出病因，甚至提早警示身体出现异常，

如果医院和家庭实现网络对接，在你回家时，就已接到医师开据的处方快递（药片）。当科技

足够发达，未来的智能生活便可提供在家看病就