關鍵字:摩爾定律50周年 半導體技術 電子制作模塊
很少有人知道,出版集團McGraw-Hill在1930年因為發行了同名雜志而發明“電子(Electronics)”這個名詞;筆者在《Electronics》五十周年時加入該雜志的團隊,并參與了一本記載電子學歷史的書籍編撰,內容包括Gordon Moore創辦快捷半導體(Fairchild Semiconductor)以及(與Andy Grove、Robert Noyce)共同創辦英特爾(Intel)等公司的驚人成就。
在《Electronics》創刊三十五周年時,Moore投稿了一篇題為“在集成電路上擠進更多零部件(Cramming more components onto integrated circuits)”的文章,他在文中猜測芯片上晶|FinFET晶|體管的數量會“每十二個月就加倍”;到了1975年,他將這個規則修正為“每兩年就加倍”。雖然Moore的預測并不能算是“定律(law)”,但發明超大規模集成電路(VLSI)的美國加州理工學院(Caltech)教授Carver Mead大力推廣了“摩爾定律(Moore's law)”概念,以其做為VLSI將推動電子產業未來成長的標竿。
從那時候開始,摩爾定律成為一個自我實現的預言,全世界的工程師狂熱地投入工作以維持電子指數成長;像是國際半導體技術藍圖(International Technology Roadmap for Semiconductors,ITRS)這樣的組織則在幕后運作,定義出讓摩爾定律循著軌道前進需要被克服的障礙。而摩爾定律的實現者則是幾乎同時間由德州儀器(TI) Jack Kilby與Fairchild的Robert Noyce發明之集成電路(IC),相關技術在Fairchild 的Frank Wanlass于1963年發明之互補金氧半導體(complementary metal oxide semiconductor,CMOS)邁向成熟。
英特爾是1968年在美國硅谷成立的13家新創公司之一,共同創辦人是Gordon Moore (右)、Robert Noyce (中)與Andy Grove (左)
摩爾定律自此不只成為電子產業的標竿,也讓幾乎各種其他新產業陷入了對于呈指數性成長的追求。在電子領域,摩爾定律應用于零部件的尺寸、成本、密度以及速度等各方面,包括整體性能、內存容量、傳感器靈敏度、頻率速度甚至是影像傳感器芯片的畫素值。
不過摩爾定律也開始在許多領域失效,其中最明顯的是頻率速度在大約2004年左右就停滯在3GHz最大值;其他呈指數性成長的領域也開始趨緩。事實上,在上個月的IEEE期刊《Spectrum》,Moore自己也表示:“我預見摩爾定律將會在接下來十年左右的時間終結。”
然而其他人卻比Moore自己都樂觀,包括英特爾表示其FinFET晶|體管將開始扭轉趨勢,能解決目前晶|體管尺寸微縮時的泄漏電流問題,并因此能避免制程進一步微縮以及阻礙頻率速度提升的熱失控(thermal runway)問題。而事實上,天體物理學家Lawrence Krauss與Glenn Starkman在Universal Limits of Computation的論文中預測摩爾定律的期限是600年;點選此連結看更多摩爾定律這一路走來的半導體技術發展歷程。