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那福忠,知名電子出版專家、網路作家。
   
  Moore 定律還能延續多久?
  那福忠 August 20, 2000
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   前一陣子,傳言全球半導體業前景不看好,跟著就是股票下滑;這幾天又有好轉之說,股票漸有回檔。在同一時間,媒體又報導了非半導體計算器的新發展,像 DNA Motor 的生化科技,就比現在半導體的計算器快千百倍。頓時之間,好像半導體時代即將結束。

1965 年,半導體先驅 Fairchild 公司研究主任 Gordon Moore 預估,未來的電子運算元件,都會集中縮小到現在俗稱 Micro Chip 的晶片堙A經過工程師的設計,晶片的運算能力,每年可以加倍。這就是 Moore 定律。這個定律是以後才出名的,主要是 Moore 1968 年創立了 Intel 公司以後,逐漸證實了他的預估。Moore 1975 年提出修正,把每年加倍改為每兩年加倍,業界實際上約為每 18 個月加倍。 1965 Moore 的創舉是一個晶片內放了 64 個電晶體,現在的 Intel P3 則有 2800 萬個電晶體。 Moore 定律所帶來的效益,直到五年前,才反應在美國的經濟統計上。如今電腦已經是全球最具影響力的單一行業,美國在 1999 年花在電腦設備上,就高達 2200 億美元,美國近年經濟的榮景,估計至少有一半歸功於電腦的普及。Moore 定律創造了新的經濟,大概沒有人有異議。 晶片的運算能力,是否要依 Moore 定律,持續的每一兩年增加一倍呢?經濟學家認為有必要,因為新的技術需要長時間的適應期,才能彰顯整體效益。像電的發明,現在看來是一件可立即提昇效益的事,卻足足等了二十年,才看到整體生產力的提高。電腦遲來的效益也是如此,唯有 Moore 定律的延續,我們的下一代才有更好的生活水平。 現在問題來了,難道晶片運算能力的成長永無止境嗎?當然不是。以前有不少次謠傳,說 Moore 定律已經走到盡頭了,但晶片的能力還是繼續增加。不過現在確實有一點麻煩,因為晶片的設計已經接近物理上的極限。 要晶片能力增強,就要把更多、更小的元件塞到裡面去。現在最新的技術,是把電晶體原件縮小到 180 nm nanometer ,為十億分之一米),如果要持續 Moore 定律,明年就要縮小到 150 nm2005 年縮小到 100 nm,這在技術上將成為極大的挑戰。Intel 研究員Paul Packan ,就針對這點指出面臨的三大難題:第一是以矽為材料的電晶體,雖然可繼續的切割縮小,但仍須維持一定的帶電量,所以要在矽的表面塗抹一層叫 Dopant 的東西,來維持電量負荷的穩定。但過多的 Dopant,會凝結成一團,反而變的不導電。 第二個問題是電路上的 Gate,已經只有 2 nm 那麼小了,如果再縮小,就會產生物理上的隧道現象,電子就會穿過阻隔物跑到另外一面,這扇門(Gate)就算關上也沒用了。第三個問題是 Dopant 的塗抹無法完全均勻,矽的面積大的時候,不均勻的 Dopant 影響不大,一旦把矽切小,這小塊矽上的 Dopant 份量,就有機會太濃、或太稀,都會影響整體運算的正確性。 。 比這幾個技術問題更引人注意的,是 Moore 1995 年提出他的第二定律:製造成本增加的速度、遠超過營收增加的速度。1968 年僅需 12000 美元的晶片製造設備,現在要價 1200 萬美元,但兩者每小時的產能,卻相差無幾。許多高科技產物像超音速客機、超高速鐵路、大型反應器等等,都是因為成本過高而胎死腹中。這證明了人類的智慧可以克服自然法則,卻騙不過經濟法則。

Moore 曾說,如果他的定律因為成本增加太快而無法繼續的話,他還看不到有甚麼解決的辦法。不過有人倒不那麼悲觀,認為 Moore 定律所發展出的電腦,應該能解決因 Moore 定律所產生的問題。

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