用粗淺的話來(lái)闡述摩爾定律就是說(shuō)IC上可容納的晶體管數(shù)目，約每隔18個(gè)月便會(huì)增加一倍，性能也將提升一倍，該定律是由英特爾（Intel）名譽(yù)董事長(zhǎng)戈登·摩爾（Gordon Moore）經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期觀察發(fā)現(xiàn)得之。

　　該定律闡述了戈登·摩爾整理資料時(shí)發(fā)現(xiàn)的一個(gè)驚人趨勢(shì)，每個(gè)新芯片大體上包含其前任兩倍的容量，每個(gè)芯片的產(chǎn)生都是在前一個(gè)芯片產(chǎn)生后的18-24個(gè)月內(nèi)。如果這個(gè)趨勢(shì)繼續(xù)的話，計(jì)算能力相對(duì)于時(shí)間周期將呈指數(shù)式的上升。Moore的觀察資料，就是現(xiàn)在所謂的Moore定律，所闡述的趨勢(shì)一直延續(xù)至今，且仍不同尋常地準(zhǔn)確。人們還發(fā)現(xiàn)這不光適用于對(duì)存儲(chǔ)器芯片的描述，也精確地說(shuō)明了處理機(jī)能力和磁盤(pán)驅(qū)動(dòng)器存儲(chǔ)容量的發(fā)展。該定律成為許多工業(yè)對(duì)于性能預(yù)測(cè)的基礎(chǔ)。在26年的時(shí)間里，芯片上的晶體管數(shù)量增加了3200多倍，從1971年推出的第一款4004的2300個(gè)增加到奔騰II處理器的750萬(wàn)個(gè)。

　　摩爾定律出現(xiàn)的原因

　　由于高純硅的獨(dú)特性，集成度越高，晶體管的價(jià)格越便宜，這樣也就引出了摩爾定律的經(jīng)濟(jì)學(xué)效益，在20世紀(jì)60年代初，一個(gè)晶體管要10美元左右，但隨著晶體管越來(lái)越小，直小到一根頭發(fā)絲上可以放1000個(gè)晶體管時(shí)，每個(gè)晶體管的價(jià)格只有千分之一美分。據(jù)有關(guān)統(tǒng)計(jì)，按運(yùn)算10萬(wàn)次乘法的價(jià)格算，IBM704電腦為1美元，IBM709降到20美分，而60年代中期IBM耗資50億研制的IBM360系統(tǒng)電腦已變?yōu)?.5美分。

　　后來(lái)人們對(duì)它進(jìn)行歸納，主要有以下三種“版本”：

　　1、集成電路芯片上所集成的電路的數(shù)目，每隔18個(gè)月就翻一番。

　　2、微處理器的性能每隔18個(gè)月提高一倍，而價(jià)格下降一倍。

　　3、用一個(gè)美元所能買到的電腦性能，每隔18個(gè)月翻兩番。

　　以上幾種說(shuō)法中，以第一種說(shuō)法最為普遍，第二、三兩種說(shuō)法涉及到價(jià)格因素，其實(shí)質(zhì)是一樣的。三種說(shuō)法雖然各有千秋，但在一點(diǎn)上是共同的，即“翻番”的周期都是18個(gè)月，至于“翻一番”（或兩番）的是“集成電路芯片上所集成的電路的數(shù)目”，是整個(gè)“計(jì)算機(jī)的性能”，還是“一個(gè)美元所能買到的性能”就見(jiàn)仁見(jiàn)智了。

　　摩爾定律的準(zhǔn)確性

　　摩爾定律到底準(zhǔn)不準(zhǔn)？讓我們先來(lái)看幾個(gè)具體的數(shù)據(jù)。1975年，在一種新出現(xiàn)的電荷前荷器件存儲(chǔ)器芯片中，的的確確含有將近65000個(gè)元件，與十年前摩爾的預(yù)言的確驚人地一致！另?yè)?jù)Intel公司公布的統(tǒng)計(jì)結(jié)果，單個(gè)芯片上的晶體管數(shù)目，從1971年4004處理器上的2300個(gè)，增長(zhǎng)到1997年 Pentium II處理器上的7.5百萬(wàn)個(gè)，26年內(nèi)增加了3200倍。我們不妨對(duì)此進(jìn)行一個(gè)簡(jiǎn)單的驗(yàn)證：如果按摩爾本人“每?jī)赡攴环钡念A(yù)測(cè)，26年中應(yīng)包括13個(gè)翻番周期，每經(jīng)過(guò)一個(gè)周期，芯片上集成的元件數(shù)應(yīng)提高2n倍（0≤n≤12），因此到第13個(gè)周期即26年后元件數(shù)應(yīng)提高了212＝4096倍，作為一種發(fā)展趨勢(shì)的預(yù)測(cè)，這與實(shí)際的增長(zhǎng)倍數(shù)3200倍可以算是相當(dāng)接近了。如果以其他人所說(shuō)的18個(gè)月為翻番周期，則二者相去甚遠(yuǎn)?？梢?jiàn)從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，還是摩爾本人的說(shuō)法更加接近實(shí)際。

　　也有人從個(gè)人計(jì)算機(jī)（即PC）的三大要素--微處理器芯片、半導(dǎo)體存儲(chǔ)器和系統(tǒng)軟件來(lái)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(lái)越強(qiáng)，價(jià)格越來(lái)越低，每一次更新?lián)Q代都是摩爾定律的直接結(jié)果。與此同時(shí)PC機(jī)的內(nèi)存儲(chǔ)器容量由最早的480k擴(kuò)大到8M，16M，與摩爾定律更為吻合。系統(tǒng)軟件方面，早期的計(jì)算機(jī)由于存儲(chǔ)容量的限制，系統(tǒng)軟件的規(guī)模和功能受到很大限制，隨著內(nèi)存容量按照摩爾定律的速度呈指數(shù)增長(zhǎng)，系統(tǒng)軟件不再局限于狹小的空間，其所包含的程序代碼的行數(shù)也劇增：Basic的源代碼在1975年只有4，000 行，20年后發(fā)展到大約50萬(wàn)行。微軟的文字處理軟件Word，1982年的第一版含有27，000行代碼，20年后增加到大約200萬(wàn)行。有人將其發(fā)展速度繪制一條曲線后發(fā)現(xiàn)，軟件的規(guī)模和復(fù)雜性的增長(zhǎng)速度甚至超過(guò)了摩爾定律。系統(tǒng)軟件的發(fā)展反過(guò)來(lái)又提高了對(duì)處理器和存儲(chǔ)芯片的需求，從而刺激了集成電路的更快發(fā)展。

　　這里需要特別指出的是，摩爾定律并非數(shù)學(xué)、物理定律，而是對(duì)發(fā)展趨勢(shì)的一種分析預(yù)測(cè)，因此，無(wú)論是它的文字表述還是定量計(jì)算，都應(yīng)當(dāng)容許一定的寬裕度。從這個(gè)意義上看，摩爾的預(yù)言實(shí)在是相當(dāng)準(zhǔn)確而又難能可貴的了，所以才會(huì)得到業(yè)界人士的公認(rèn)，并產(chǎn)生巨大的反響。

　　摩爾定律的結(jié)束

　　摩爾定律問(wèn)世至今已近40年了。人們不無(wú)驚奇地看到半導(dǎo)體芯片制造工藝水平以一種令人目眩的速度提高。目前，Intel的微處理器達(dá)芯片Pentium 4的主頻已高2G（即12000M），2011年則要推出含有10億個(gè)晶體管、每秒可執(zhí)行1千億條指令的芯片。人們不禁要問(wèn)：這種令人難以置信的發(fā)展速度會(huì)無(wú)止境地持續(xù)下去嗎？不需要復(fù)雜的邏輯推理就可以知道：芯片上元件的幾何尺寸總不可能無(wú)限制地縮小下去，這就意味著，總有一天，芯片單位面積上可集成的元件數(shù)量會(huì)達(dá)到極限。問(wèn)題只是這一極限是多少，以及何時(shí)達(dá)到這一極限。業(yè)界已有專家預(yù)計(jì)，芯片性能的增長(zhǎng)速度將在今后幾年趨緩。一般認(rèn)為，摩爾定律能再適用10年左右。其制約的因素一是技術(shù)，二是經(jīng)濟(jì)。

　　從技術(shù)的角度看，隨著硅片上線路密度的增加，其復(fù)雜性和差錯(cuò)率也將呈指數(shù)增長(zhǎng)，同時(shí)也使全面而徹底的芯片測(cè)試幾乎成為不可能。一旦芯片上線條的寬度達(dá)到納米（10-9米）數(shù)量級(jí)時(shí)，相當(dāng)于只有幾個(gè)分子的大小，這種情況下材料的物理、化學(xué)性能將發(fā)生質(zhì)的變化，致使采用現(xiàn)行工藝的半導(dǎo)體器件不能正常工作，摩爾定律也就要走到它的盡頭了。

　　從經(jīng)濟(jì)的角度看，正如上述摩爾第二定律所述，目前是20-30億美元建一座芯片廠，線條尺寸縮小到0.1微米時(shí)將猛增至100億美元，比一座核電站投資還大。由于花不起這筆錢，迫使越來(lái)越多的公司退出了芯片行業(yè)?？磥?lái)摩爾定律要再維持十年的壽命，也決非易事。

　　然而，也有人從不同的角度來(lái)看問(wèn)題。美國(guó)一家名叫CyberCash公司的總裁兼CEO丹·林啟說(shuō)，“摩爾定律是關(guān)于人類創(chuàng)造力的定律，而不是物理學(xué)定律”。持類似觀點(diǎn)的人也認(rèn)為，摩爾定律實(shí)際上是關(guān)于人類信念的定律，當(dāng)人們相信某件事情一定能做到時(shí)，就會(huì)努力去實(shí)現(xiàn)它。摩爾當(dāng)初提出他的觀察報(bào)告時(shí)，他實(shí)際上是給了人們一種信念，使大家相信他預(yù)言的發(fā)展趨勢(shì)一定會(huì)持續(xù)。

　　電子產(chǎn)業(yè)或超越摩爾發(fā)展

　　由于同樣小的空間里集成越來(lái)越多的硅電路，產(chǎn)生的熱量也越來(lái)越大，這種原本兩年處理能力加倍的速度已經(jīng)慢慢下滑。此外，還有更多更大的問(wèn)題也慢慢顯現(xiàn)，如今頂級(jí)的芯片制造商的電路精度已經(jīng)達(dá)到14納米，比大多數(shù)病毒還要小。但是，全球半導(dǎo)體行業(yè)研發(fā)規(guī)劃藍(lán)圖協(xié)會(huì)主席保羅·加爾吉尼（ Paolo Gargini）表示：“到2020年，以最快的發(fā)展速度來(lái)看，我們的芯片線路可以達(dá)到2-3納米級(jí)別，然而在這個(gè)級(jí)別上只能容納10個(gè)原子，這樣的設(shè)備，還能叫做一個(gè)‘設(shè)備’嗎？”

　　恐怕不能。到了那樣的級(jí)別，電子的行為將受限于量子的不確定性，晶體管將變得不可靠。在這樣的前景下，盡管這方面已經(jīng)有無(wú)數(shù)研究，但目前人們?nèi)匀粺o(wú)法找到可以替代如今的硅片技術(shù)的新的材料或技術(shù)。

　　下個(gè)月發(fā)布的行業(yè)研究規(guī)劃藍(lán)圖將史無(wú)前例地不以摩爾定律為中心，相反，新的戰(zhàn)略可能是“超越摩爾”（More than Moore ）：與以往首先改善芯片、軟件隨后跟上的發(fā)展趨勢(shì)不同，以后半導(dǎo)體行業(yè)的發(fā)展將首先看軟件——從手機(jī)到超級(jí)電腦再到云端的數(shù)據(jù)中心——然后反過(guò)來(lái)看要支持軟件和應(yīng)用的運(yùn)行需要什么處理能力的芯片來(lái)支持，由于新的計(jì)算設(shè)備變得越來(lái)越移動(dòng)化，新的芯片中，可能會(huì)有新的一代的傳感器、電源管理電路和其他的硅設(shè)備。

　　這種局勢(shì)的轉(zhuǎn)變，也改變了半導(dǎo)體行業(yè)圍繞摩爾定律不再團(tuán)結(jié)一致?！按蠹叶疾淮_定新的研究規(guī)劃藍(lán)圖意味著什么，” 愛(ài)荷華大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)家丹尼爾·里德（Daniel Reed）表示。位于華盛頓DC的 半導(dǎo)體行業(yè)協(xié)會(huì)（The Semiconductor Industry Association， SIA）代表所有美國(guó)半導(dǎo)體企業(yè)，已經(jīng)表示不再參與全球半導(dǎo)體行業(yè)研究規(guī)劃藍(lán)圖的章程，而是自行決定研發(fā)進(jìn)度。

　　盡管摩爾定律已經(jīng)走向黃昏，但這并不意味著半導(dǎo)體行業(yè)停止了發(fā)展。丹尼爾·里德將之與飛機(jī)制造行業(yè)進(jìn)行比較：“現(xiàn)在的波音787并不比上世紀(jì)50年代的波音707快多少——但這兩個(gè)型號(hào)的飛機(jī)可差太多了，波音787的創(chuàng)新體現(xiàn)在其他地方，比如全電子控制、碳纖維機(jī)身等，計(jì)算機(jī)行業(yè)也是如此，創(chuàng)新將會(huì)繼續(xù)，但是會(huì)體現(xiàn)在更細(xì)小和更復(fù)雜的地方?！?/p>