什么是摩尔定律，为什么人们说它已经死了？

英特尔的联合创始人戈登摩尔是摩尔定律的负责人。 摩尔观察到集成电路的晶体管密度每两年翻一番。 有人说摩尔定律现在已经死了，但为什么呢？

摩尔定律是怎么说的

戈登·摩尔 (Gordon Moore) 在 1965 年做出了他最初的观察：

“最低组件成本的复杂性以每年大约两倍的速度增加。 当然，在短期内，即使不增加，也可以预期这一速度将继续下去。 从长远来看，增长率有点不确定，尽管没有理由相信它至少在 10 年内不会保持几乎不变。” – 戈登摩尔在将更多组件塞入集成电路中。

这可以用几种方式解释，但它暗示了两件事。 首先，（当时）最基本的集成电路 (IC) 的晶体管密度每年都会翻一番。 其次，在最低成本水平上也是如此。 因此，如果制造给定尺寸的 IC 的成本随着时间的推移保持稳定（考虑到通货膨胀），这实际上意味着每个晶体管的成本每两年减半。

这是“小麦和棋盘问题”所展示的惊人的指数增长水平，如果您将一粒小麦（或大米）放在第一个方格上，然后每个连续方格的数量加倍，您就会很好64 平方有超过 18 个 quintillion 粒！

摩尔后来修改了他的观察，将时间延长到每十八个月一次，然后最终每两年一次。 因此，尽管晶体管密度仍在翻倍，但步伐似乎正在放缓。

这实际上不是法律

尽管它被昵称为摩尔“定律”，但它并不是真正意义上的定律。 换句话说，它不像描述重力等事物如何运作的自然法则。 它是对历史趋势的观察和对未来的预测。

平均而言，摩尔定律自 1965 年以来一直有效，在某些方面，它是半导体行业粗略判断其是否走上正轨的基准，但没有理由证明它必须是真实的，或者无限期地保持真实。

性能比晶体管密度更重要

晶体管是半导体设备（例如 CPU）的基本组件。 诸如逻辑门之类的设备是由晶体管构建的，允许以二进制代码对数据进行结构化处理。

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从理论上讲，如果将可放入给定空间的晶体管数量增加一倍，则可以进行的处理量也会增加一倍。 然而，重要的不仅是您拥有多少个晶体管，还有您用它们做什么。 微处理器在效率方面取得了许多进步，具有专门的设计来加速特定类型的处理，例如解码视频或进行机器学习所需的专门数学运算。

缩小晶体管通常也意味着达到更高的工作频率，同时使用更少的功率来获得与上一代相同的处理能力。 摩尔定律仅限于晶体管密度，但晶体管密度与性能之间的关系并不是线性的。

“它死了”是什么意思？

多年来，“摩尔定律已死”这句话已被多次提及，这是否属实取决于您的观点。 晶体管密度仍在翻倍，但速度较慢，因为摩尔现在已经多次修改时间框架。

有些人认为该定律已经失效的原因不是晶体管密度没有翻倍，而是晶体管的成本没有减半。 换句话说，在一个倍增周期之后，你不能再用同样的钱得到两倍数量的晶体管了。

发生这种情况的一个重要原因是因为我们正在接近我们可以制造多小的晶体管的极限。 在撰写本文时，5nm 和 3nm 制造工艺是当前和下一代技术。 当我们向可能的极限迈进时，问题的数量和克服这些问题的成本都可能增加。

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然而，仅仅因为晶体管的价格可能不会像过去那样减半，并不意味着性能不会翻倍或价格减半。 请记住，晶体管数量只是性能的一部分。 我们正在实现更高的时钟速度，将更多的核心装入单个处理器单元，用我们的晶体管做更多的事情，并创造可以加速特定工作（如机器学习）的新型硅。 在这种扩展意义上，摩尔定律仍然具有生命力，但在其原始形式中，它是靠生命维持的。

摩尔定律总有一天会消亡

没有人相信摩尔关于晶体管密度和成本的观察会永远成立。 毕竟，指数曲线最终会趋向于无限的晶体管密度和计算性能。 据任何人所知，这实际上是不可能的，而且使用我们今天所知道的半导体电子产品尤其不可能。

现代处理器中的微型组件已经面临着许多挑战，它们正在努力应对不需要的量子效应。 在某些时候，你不能再将电子保留在你的微型电路中，所以试图让事情变得更小会碰壁。

到那时，可能是时候转向另一种类型的计算基板，例如光子学，但可能有无数种方法可以从半导体中获得更高的性能，而无需使晶体管变得更小。

我们已经看到了从多个较小的处理器构建大型处理器的经济高效的方法，例如 AMD 的小芯片设计或 Apple 将其基准芯片粘合在一起以制造像一个系统一样运行的巨型 CPU 的策略。 构建具有 3D 电路的 CPU 的想法具有潜力，具有垂直和水平通信的微芯片组件层。

虽然晶体管密度的极限似乎每天都在越来越近，但可实现的计算能力的真正极限仍然是一个悬而未决的问题。

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