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2021-05-18
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亚瑟半导体设备安装（上海）有限公司
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实验室搬运公司-实验室仪器搬运公司-仪器设备搬运近日，据半导体设备搬运消息，科技体制改革和创新体系建设领导小组第十八次会议5月14日在北京召开。会议专题讨论了面向后摩尔时代的集成电路潜在颠覆性技术。50年前，Gordon Moore提出了集成电路特征尺寸随时间按照指数规律缩小的法则，被称为“摩尔定律”。在50年间，半导体行业蓬勃发展，人类社会飞速进入信息时代，同时在半导体工业界也诞生了一大批巨无霸企业，比如Intel和Qualcomm等等。近来，随着半导体制程特征尺寸缩小越来越困难，摩尔定律是否已经到达极限成为半导体业界乃至整个社关注的问题。我们打算在接下来的几篇文章里探讨摩尔定律的源头，现状以及未来。
从1958年Jack Kilby发明的只包含一个双极性晶体管、三个电阻和一个电容的集成电路到现如今动辄十亿个晶体管的处理器芯片，短短五十几年的时间集成电路产业以历史上节奏飞速发展。2014年，半导体生产商共生产制造了250 quintillion（十亿个十亿，十的18次方）个晶体管，也就是说去年一年中，平均每秒生产出8 trillion（万亿）个晶体管。更重要的是作为目前人类科技成果之一，各种各样的集成电路不停地升级降价、再升级再降价从而以相对低廉的价格让这项成果为普罗大众所共同享有。这一产业经验法则摩尔定律也因此为大家所熟知。曾听过一个不恰当的比方：如果汽车工业也是按照半导体产业的玩法，不妨想象一下您可以用多么低廉的价格购买到性能神到飞起的汽车。摩尔定律以平均每年46%的“成长”速率往前推进，而洲际旅行的速度从1900年大型远洋轮船的35公里每小时左右，上升至1958年波音707的885公里每小时，平均涨幅为每年5.6％。但在之后很长一段时间里巡航速度基本上保持不变，波音787只比707快了几个百分点。从1973年到2014年，美国新乘用车（即使在排除SUV和皮卡之后）的燃料转换效率每年仅提升2.5％，从13.5升到37英里每加仑（即油耗从17.4升每百公里降到6.4升每百公里）。摩尔定律背后的逻辑是：半导体行业需要以一个合适的速度增长以实现利润上世纪60年代，摩尔发现半导体晶体管制程发展的速度对于一个半导体厂商至关重要。随着制程的进化，同样的芯片的制造成本会更低，因为单位面积晶体管数量提升导致相同的芯片所需要的面积缩小。所以制程发展速度如果过慢，则意味着芯片制作成本居高不下，导致利润无法扩大。另一方面，如果孤注一掷把所有的资本都用来发展新制程，则风险太大，一旦研发失败公司就完蛋了。摩尔发现当时市场上成功的半导体厂商的制程进化速度大约是每年半导体芯片上集成的晶体管数量翻倍，于是写了论文告诉大家这个发展速度是成本与风险之间一个良好的折中，半导体业以后发展可以按照这个速度来。摩尔定律背后的终极推动力其实是经济因素。时至今日，摩尔定律“投资发展制程-芯片生产成本降低-用部分利润继续投资发展制程”的逻辑对于半导体巨头依然有效。Intel的执行副总Bill Holt在ISSCC 2016的主题演讲中比较了两种情况下的处理器芯片生产成本，一种是十年内每年都利用部分利润根据摩尔定律的速度发展新制程（下图左），另一种是在十年内一直使用相同的旧制程（下图右）。比较的结果是，十年内按照摩尔定律发展新制程所生产的芯片成本与一直使用旧制程生产的芯片成本相比低了六成。所以说推动摩尔定律的是经济学。
