摩爾定律一

摩爾定律

摩爾定律是由英特爾（Intel）創始人之一戈登·摩爾（Gordon Moore）提出來的。其內容為：當價格不變時，集成電路上可容納的元器件的數目，約每隔18-24個月便會增加一倍，性能也將提升一倍。換言之，每一美元所能買到的電腦性能，將每隔18-24個月翻一倍以上。這一定律揭示了信息技術進步的速度。

發展歷程

被稱為計算機第一定律的摩爾( Moore)定律是指IC上可容納的電晶體數目，約每隔18個月便會增加一倍，性能也將提升一倍。摩爾定律是由英特爾(lnte)名譽董事長戈登·摩爾( Gordon moore)經過長期觀察發現的。

1965年，戈登·摩爾準備一個關於計算機存儲器發展趨勢的報告。他整理了一份觀察資料。在他開始繪製數據時，發現了一個驚人的趨勢。每個新的晶片大體上包含其前任兩倍的容量，每個晶片產生的時間都是在前一個晶片產生後的18~24個月內，如果這個趨勢繼續，計算能力相對於時間周期將呈指數式的上升。 Moore的觀察資料，就是現在所謂的Moore定律，所闡述的趨勢一直延續至今，且仍不同尋常地準確。人們還發現這不僅適用於對存儲器晶片的描述，也精確地說明了處理機能力和磁碟驅動器存儲容量的發展。該定律成為許多工業對於性能預測的基礎。

歸納起來，「摩爾定律」主要有以下3種「版本」：

1、集成電路晶片上所集成的電路的數目，每隔18個月就翻一番；

2、微處理器的性能每隔18個月提高一倍，而價格下降一半；

3、用一美元所能買到的計算機性能，每隔18個月翻兩番。

以上幾種說法中，以第一種說法最為普遍，第二、三兩種說法涉及價格因素，其實質是一樣的。三種說法雖然各有千秋，但在一點上是共同的，即「翻番」的周期都是18個月，至於「翻一番」(或兩番)的是「集成電路晶片上所集成的電路的數目」是整個「計算機的性能」，還是「一美元所能買到的性能」就見仁見智了。

發現背景

早在1959年，美國著名半導體廠商仙童公司首先推出了平面型電晶體，緊接著於1961年又推出了平面型集成電路。這種平面型製造工藝是在研磨得很平的矽片上，採用一種所謂「光刻」技術來形成半導體電路的元器件，如二極體、三極體、電阻和電容等。

只要「光刻」的精度不斷提高，元器件的密度也會相應提高，從而具有極大的發展潛力。因此平面工藝被認為是「整個半導體的工業鍵」，也是摩爾定律問世的技術基礎。

1965年時任仙童半導體公司研究開發實驗室主任的摩爾應邀為《電子學》雜誌35周年專刊寫了一篇觀察評論報告，題目是：「讓集成電路填滿更多的元件」。在摩爾開始繪製數據時，發現了一個驚人的趨勢：每個新晶片大體上包含其前任兩倍的容量，每個晶片的產生都是在前一個晶片產生後的18-24個月內。

如果這個趨勢繼續的話，計算能力相對於時間周期將呈指數式的上升。摩爾的觀察資料，就是後來的摩爾定律，且仍不同尋常地準確。

人們還發現這不光適用於對存儲器晶片的描述，也精確地說明了處理機能力和磁碟驅動器存儲容量的發展。該定律成為許多工業對於性能預測的基礎。在26年的時間裡，晶片上的電晶體數量增加了3200多倍，從1971年推出的第一款4004的2300個增加到奔騰II處理器的750萬個。

發現人物

戈登·摩爾（Gordon Moore，1929-）：英特爾公司（Intel）的創始人之一。

1929年1月3日，戈登·摩爾出生在加州舊金山的佩斯卡迪諾。父親沒有上過多少學，17歲就開始養家，做一個小官員，母親只有中學畢業。高中畢業後他進入了著名的加州伯克利分校的化學專業，實現了自己的少年夢想。

定律驗證

廣義驗證

1975年，在一種新出現的電荷前荷器件存儲器晶片中，的確含有將近65000個元件，與1965年摩爾的預言一致。另據Intel公司公布的統計結果，單個晶片上的電晶體數目，從1971年4004處理器上的2300個，增長到1997年PentiumII處理器上的7.5百萬個，26年內增加了3200倍。如果按「每兩年翻一番」的預測，26年中應包括13個翻番周期，每經過一個周期，晶片上集成的元件數應提高2n倍（0≤n≤12），因此到第13個周期即26年後元件數這與實際的增長倍數3200倍可以算是相當接近了。

要素驗證

也有人從個人計算機（即PC）的三大要素微處理器晶片、半導體存儲器和系統軟體來考察摩爾定律的正確性。

微處理器方面，從1979年的8086和8088，到1982年的80286，1985年的80386，1989年的80486，1993年的Pentium，1996年的PentiumPro，1997年的PentiumII，功能越來越強，價格越來越低，每一次更新換代都是摩爾定律的直接結果。與此同時PC機的內存儲器容量由最早的480k擴大到8M，16M，與摩爾定律更為吻合。

系統軟體方面，早期的計算機由於存儲容量的限制，系統軟體的規模和功能受到很大限制，隨著內存容量按照摩爾定律的速度呈指數增長，系統軟體不再局限於狹小的空間，其所包含的程序代碼的行數也劇增：Basic的原始碼在1975年只有4000行，20年後發展到大約50萬行。微軟的文字處理軟體Word，1982年的第一版含有27000行代碼，20年後增加到大約200萬行。有人將其發展速度繪製一條曲線後發現，軟體的規模和複雜性的增長速度甚至超過了摩爾定律。系統軟體的發展反過來又提高了對處理器和存儲晶片的需求，從而刺激了集成電路的更快發展[6]。

摩爾定律並非數學、物理定律，而是對發展趨勢的一種分析預測，因此，無論是它的文字表述還是定量計算，都應當容許一定的寬裕度。從這個意義上看，摩爾的預言是準確而難能可貴的，所以才會得到業界人士的公認，並產生巨大的反響[6]。

摩爾定律

修正演化

修正

1975年，摩爾在國際電信聯盟IEEE的學術年會上提交了一篇論文，根據當時的實際情況，對「密度每年一番」的增長率進行了重新審定和修正。按照摩爾本人1997年9月接受《科學的美國人》一名編輯採訪時的說法，他當年是把「每年翻一番」改為「每兩年翻一番」。實際上，後來更準確的時間是兩者的平均：18個月。

演化

摩爾第二定律：摩爾定律提出30年來，集成電路晶片的性能的確得到了大幅度的提高；但另一方面，Intel高層人士開始注意到晶片生產廠的成本也在相應提高。1995年，Intel董事會主席羅伯特·諾伊斯預見到摩爾定律將受到經濟因素的制約。同年，摩爾在《經濟學家》雜誌上撰文寫道：「令我感到最為擔心的是成本的增加，...，這是另一條指數曲線」。他的這一說法被人稱為摩爾第二定律。

新摩爾定律：中國IT專業媒體上出現了「新摩爾定律」的提法，指的是中國Internet聯網主機數和上網用戶人數的遞增速度，大約每半年就翻一番。而且專家們預言，這一趨勢在未來若干年內仍將保持下去。

意義介紹

「摩爾定律」歸納了信息技術進步的速度。在摩爾定律應用的40多年裡，計算機從神秘不可近的龐然大物變成多數人都不可或缺的工具，信息技術由實驗室進入無數個普通家庭，網際網路將全世界聯繫起來，多媒體視聽設備豐富著每個人的生活[6]。

由於高純矽的獨特性，集成度越高，電晶體的價格越便宜，這樣也就引出了摩爾定律的經濟學效益。在20世紀60年代初，一個電晶體要10美元左右，但隨著電晶體越來越小，直到小到一根頭髮絲上可以放1000個電晶體時，每個電晶體的價格只有千分之一美分。據有關統計，按運算10萬次乘法的價格算，IBM704電腦為1美元，IBM709降到20美分，而60年代中期IBM耗資50億研製的IBM360系統電腦已變為3.5美分。

「摩爾定律」對整個世界意義深遠。在回顧40多年來半導體晶片業的進展並展望其未來時，信息技術專家們認為，在以後「摩爾定律」可能還會適用。但隨著電晶體電路逐漸接近性能極限，這一定律終將走到盡頭。40多年中，半導體晶片的集成化趨勢一如摩爾的預測，推動了整個信息技術產業的發展，進而給千家萬戶的生活帶來變化。

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