這節(jié)我們將為大家介紹一個對半導(dǎo)體行業(yè)產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響的定律：也就是大名鼎鼎的摩爾定律！

1965年，英特爾創(chuàng)始人戈登·摩爾(Gordon Moore)注意到，芯片上的晶體管數(shù)量每年都在翻倍。他發(fā)表了這一觀察結(jié)果，并立即被稱為摩爾定律。他將規(guī)律更新為每兩年翻一番。行業(yè)觀察人士利用這一定律來預(yù)測未來芯片的密度。多年來，它已被證明是非常準(zhǔn)確的，現(xiàn)在正在推動技術(shù)進(jìn)步。如果這是真的，芯片上的晶體管數(shù)量將達(dá)到數(shù)十億(如下圖所示)。它是由半導(dǎo)體工業(yè)協(xié)會(SIA)制定的國際半導(dǎo)體技術(shù)路線圖(ITRS)的基礎(chǔ)。

有人猜測芯片密度可能會超過摩爾定律的預(yù)測。佐治亞理工學(xué)院的微系統(tǒng)封裝研究指出，2004年每平方厘米約有50個組件，到2020年，組件密度將攀升至每平方厘米約100萬個組件。

芯片中元件密度的持續(xù)增加確實遵循了摩爾定律。還有一種討論認(rèn)為，該行業(yè)現(xiàn)在已經(jīng)將摩爾定律作為芯片密度和提高性能的未來驅(qū)動力(目標(biāo))。這些目標(biāo)嵌入在最新版的國際半導(dǎo)體技術(shù)路線圖，如2011年版。

電路密度由集成度水平這個指標(biāo)來進(jìn)行跟蹤，集成水平指的是一個電路中所包含元件的數(shù)量。集成級別(如下圖所示)范圍從小規(guī)模集成(SSI)到超大規(guī)模集成(ULSI)。ULSI芯片有時被稱為超級大規(guī)模集成(VVLSI)。大眾媒體稱這些最新產(chǎn)品為巨型芯片。

除了集成規(guī)模之外，存儲電路還通過電路中包含的存儲位的數(shù)量來識別(一個4兆的存儲芯片可以存儲400萬位的內(nèi)存)。邏輯電路通常按其所具有的門的數(shù)目來定級。門是邏輯電路的基本操作元件。

逐漸減小的特征圖形尺寸

2023 National Day

從小規(guī)模集成電路逐漸發(fā)展到今天的超大規(guī)模集成電路芯片的歷程主要是由單個組件的特征尺寸減小所驅(qū)動的。這種特征尺寸的減少是由于成像工藝的急劇進(jìn)步所推動的，這一點可以深刻闡釋：科技是發(fā)展的第一生產(chǎn)力這句真理。這些技術(shù)包含光刻技術(shù)，以及多層導(dǎo)體集成技術(shù)。半導(dǎo)體工業(yè)協(xié)會曾經(jīng)預(yù)測，到2016年，特征尺寸將減少到22納米(0.0022μm)。隨著芯片上的組件更小的能力帶來的好處是使它們更緊密地聚集在一起，進(jìn)一步增加密度(如下圖中所示)。

用來解釋這些趨勢的一個類比是單戶住宅社區(qū)的布局。社區(qū)的密度是房屋大小地塊大小和街道寬度的函數(shù)。容納更多的人口可以通過增加社區(qū)的規(guī)模(增加芯片面積)來實現(xiàn)。另一種可能性是縮小單個房屋的大小，將它們放在較小的地塊上。我們也可以減少街道的面積來增加密度。然而，在某種程度上，街道不能再縮小，否則它們將不夠?qū)挼钠嚒４送猓谀撤N程度上，房屋不能進(jìn)一步縮小，仍然作為住宅單位使用。在這一點上，一個選擇是通過建造多層高速公路和/或用公寓樓取代個人住宅來進(jìn)行建設(shè)。所有這些概念都用于半導(dǎo)體技術(shù)。