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 在 1968 年創立了 Intel 公司以後,逐漸證實了他的預估。Moore 在 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 年 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 nm,2005 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 在 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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