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至少在过去的十年里，人们一直在谈论摩尔定律的结束以及它将对现代社会产生什么影响。
自 1947 自2000年发明以来，晶体管继续为现代世界提供动力，硅芯片上包装的晶体管数量在密度上稳步增加，这使得过去 70 年计算能力呈指数级增长。
然而，晶体管是一个物理对象，是一个纯物理对象，它受到物理定律的约束，就像所有其他物理对象一样。这意味着晶体管的尺寸受到物理限制。
但在戈登·摩尔（Gordon Moore）当计算能力的增长增长率时，没有人真正考虑过纳米尺度的晶体管。
但是随着我们的进入 21 在20世纪的第三个十年里，我们依赖于在相同数量的硅中包装更多的晶体管，这突破了物理可能性的界限，导致许多人担心创新的步伐可能会在不久的将来突然结束。
晶体管的历史
晶体管是一种半导体，通常至少有三个端子可以连接到电路。通常，其中一个端子负责通过另外两个端子控制电流，允许在数字电路中快速切换。
在晶体管出现之前，这种快速电路切换是由热电子阀完成的，通常称为旧真空管。
这些真空管三极管比晶体管大得多，运行需要更多的功率。与晶体管不同，它们不是固体组件，这意味着它们在正常运行过程中可能会出现故障，因为它们依赖于管道中流动的电子运动来传导电子电流。
这意味着基于真空管的电子设备体积大，温度高，运行成本高，因为它们需要定期维护，以更换因某种原因故障的电子管，从而停止整个电子机器的运行。
晶体管是在 AT&T 贝尔实验室由 John Bardeen 和 Walter Houser Brattain 在 William Shockley 在监督下发明。尽管在此之前，晶体管的概念已经存在了 20 但直到贝尔实验室完成这项工作，晶体管的工作模型才建立起来。Shockley 在 1947 年度设计改进 1948 正是这种年的双极结型晶体管实现了 1950 批量生产90年代首次投入批量生产。
硅表面钝化是下一个主要的飞跃，它允许硅取代锗作为晶体管的半导体材料，然后用于集成电路。
1959 年 11 月，贝尔实验室 Mohamed Atalla 和 Dawon Kahng 发明了金属氧化物半导体效应晶体管 (MOSFET) ，它比 Shockley 双极结晶管消耗的能量要少得多，可扩展性更强。
MOSFET 它仍然是今天使用的主要晶体管，作为一个单独的单元，是人类历史上制造最多的器件。由于 MOSFET 越来越小的晶体管可以制成集成电路，从而实现越来越复杂的逻辑操作。
到 1973 年，RCA 研究与工程执行副总裁 William C. Hittinger吹嘘硅‘芯片’只有几毫米宽 10,000 多个电子元件。” 今天的晶体管密度远远超过这些早期进步的数量级。
戈登摩尔无意中发明了摩尔定律
Gordon Moore 不是家喻户晓的名字，但他的作品几乎遍布工业化世界的每一个家庭和办公室。尽管他将继续成为英特尔的总裁，最终成为他的名誉主席，但当他在那里时 1965 当我们现在描述摩尔定律时，他并没有那么受尊敬。
作为一名电气工程师，摩尔在贝克曼仪器公司的肖克利半导体实验室工作，由肖克利本人领导。但后来， Shockley 几名员工，甚至他的一些门徒，都是对的 Shockley 领导层不满意，所以他们 1957 年独立成立Fairchild Semiconductor，这是历史上最具影响力的公司之一。
摩尔作为飞兆半导体的研发总监，是询问行业现状的自然人，所以 1965 《电子》杂志邀请摩尔预测十年后半导体产业的发展方向。看看 Fairchild 的创新速度，摩尔只是及时地向前推断。
在半导体制造以来的几年里，生产组件的成本下降，组件本身的尺寸每年减少约一半。这使得 Fairchild 每年生产的集成电路数量相同，但晶体管数量是前一年的两倍。
摩尔在 1995 年写道。我只想传达一个想法，那就是一项有未来的技术，从长远来看，它有望做出相当大的贡献。”
我认为这对行业来说确实是一项伟大的成就。保持这样的指数增长 35 摩尔补充道：年，但密度增加了数千，这真的很难预测。
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摩尔的预测在大约十年内基本稳定，然后摩尔将他的估计修改为每两年将晶体管密度翻一番。我从未见过未来几代[半导体]以外的任何细节。然而，令人惊讶的是，摩尔写道，一代又一代地出现，让我们保持在同一个斜坡上。目前的预测是，这不会很快停止。” 这在 1995 年可能是正确的，但摩尔定律很快就会开始突破物理学的界限，它将面临生存挑战。
摩尔定律为何陷入困境？
站在2022 看摩尔定律，问题是晶体管的尺寸现在很小，我们不能做更多的事情来使它们更小。半导体制造公司 2024 晶体管栅极(电子作为电流流过的晶体管部分)的宽度现在接近 2 纳米。
硅原子的宽度为 0.2 这使得纳米 2 纳米栅的极长约为 10 个硅原子。随着各种量子效应在晶体管本身中发挥作用，控制电子流量变得越来越困难。对于较大的晶体管，原子尺度的晶体变形不会影响电流的整体流动，但当你只是 10 个原子距离可以使用时，底层原子结构的任何变化都会影响电流通过晶体管。最后，晶体管正接近我们可以尽可能小，仍然可以工作。我们一直在构建和改进硅芯片最后一次迭代。
摩尔定律还有另一个潜在的陷阱，那就是简单的经济学。缩小晶体管的成本不像 1960 年代那样降低。充其量，它代代略有下降，但规模不经济开始影响制造业。当对半导体芯片的需求刚刚开始时，生产芯片的工程能力非常昂贵，但至少是可用的。从智能手机到卫星再到物联网的需求激增，没有足够的容量来满足这一需求，导致供应链价格每一步都在上涨。
更重要的是，当晶体管的数量增加一倍时，它们产生的热量也会增加。对于许多处理芯片最先进的企业来说，冷却大型服务器机房的成本越来越难以承受。企业试图延长 其现有设备的使用寿命和性能节省了资金，负责实现摩尔定律的芯片制造商减少了研发收入，研发本身变得更加昂贵。
如果没有额外的收入，就更难克服进一步缩小晶体管的所有物理障碍。因此，即使物理挑战不会结束摩尔定律，对较小晶体管的需求也几乎肯定会结束。
那我们在做什么呢？
这就是价值万亿美元的问题。在过去的 70 年中，我们经历了前所未有的技术进步，所以在这一点上，几乎每个工业社会都将快速的技术进步视为既定条件。
你是怎么突然停下来的？那是什么感觉？30 年有相同的 iPhone 这意味着什么？显然，我们可以简单地把它当作一个社会。我们的 DNA 中没有任何东西要求我们每两到三年拥有一部新 iPhone，每五年有一台全新的电脑。我们只是习惯了这种进步的速度。如果这种速度改变，我们也会适应这种情况。
毕竟，人类拥有计算机的时间不到一个世纪，大约是我们作为物种存在于这个星球上的时间 1/250,000。我们一定会找到度过如此艰难困苦的方法。
或者，我们可以兴奋和期待摩尔定律的结束。毕竟，逆境是发明之母。在过去的 70 多年来，我们一直试图找出如何越来越多地缩小晶体管，现在这条创新之路已经走到了尽头。
这绝对不是唯一的方向。如果我们不再把所有的努力都放在缩小晶体管上，我们可以专注于其他领域，找到新的突破。相比之下，晶体管的发明可能是平庸的。在探索这些新的创新方式之前，我们不知道摩尔定律的结束可能是我们需要的信号，是时候开始寻找新的进步引擎了。
摩尔定律死了！摩尔定律万岁！
归根结底，摩尔定律从一开始就不是定律，而是自我实现的愿望。我们预计晶体管密度每年翻一番，然后每两年翻一番，所以我们正在寻找如何完成这项任务。
无论接下来是什么，无论是量子计算、机器学习和人工智能，甚至是我们甚至没有名字的东西，我们都会找到一个新的愿望来促进这种创新的发展。
归根结底，我们对摩尔定律的痴迷从来都不是晶体管的密度。大多数听说过摩尔定律的人甚至无法开始解释晶体管密度的含义，更不用说如何在口袋里形成逻辑电路或智能手机（甚至是 1970 年代袖珍计算器) . 对我们大多数人来说，摩尔定律总是关于我们对进步的期望，这在很大程度上取决于我们自己。
摩尔定律可能已经结束了，但如果我们真的想要它，我们会找到一个新的摩尔定律。
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