你现在能刷手机 全靠他50年前的一句话
你现在能刷手机全靠他50年前的一句话戈登·摩尔，图片来源：维基百科至此，从肖克利博士手下出走的仙童“八叛徒”全部作古，属于他们的时代终结了，但他们带给人类的珍贵财富却令他们永垂不朽。1、“叛徒”带头“卷”芯片故事要从贝尔实验室的威廉·肖克利（WilliamShockley）说起。这位科学家在贝尔实验室与其他人共同发明了晶体管，并获得诺贝尔物理学奖。威廉·肖克利，图片来源：维基百科为了赚更多钱，肖克利在1955年创办了自己的实验室——肖克利半导体实验室。实验室坐落于美国加州的帕洛阿尔托。肖克利半导体实验室，图片来源：维基百科你可能对这个城市有点陌生，但这里曾经孵化过许多巨头公司，如今仍然是很多公司的总部所在地，它有一个更家喻户晓的称呼——硅谷。肖克利是位非常优秀的物理学家，但他没有丰富的商业经验和优秀的管理能力，公司仅仅创立6个月，很多员工就对他产生了极大不满。1957年9月18日，罗伯特·诺伊斯伙同7位肖克利半导体实验室的同事集体向肖克利递上辞职信。肖克利当时大发雷霆，将这8位年轻人痛斥为忘恩负义的叛徒，这就是“仙童八叛徒”的由来。当时肖克利没想到的是，这几个人会在未来成为硅谷的传奇，后来就连肖克利本人也改口把他们称为“八个天才的叛逆”。“八叛徒”合照，从左到右依次为：戈登·摩尔（GordonMoore）、谢尔顿·罗伯茨（SheldonRoberts）、尤金·克莱尔（EugeneKleiner）、罗伯特·诺伊斯（RobertNoyce）、维克多·格里尼克（VictorGrinich）、朱利亚斯·布兰克（JuliusBlank）、金·赫尔尼（JeanHoerni）和杰·拉斯特（JayLast）。图片来源：维基百科“八叛徒”离开肖克利后就创立了大名鼎鼎的仙童半导体公司。仙童这一名字与硅谷紧紧相连，毫不夸张地说，仙童半导体公司的创立标志了硅谷的诞生。1968年，由于仙童半导体公司快速发展带来的一系列问题，历史又一次重演。摩尔叛离了仙童，与集成电路发明者的罗伯特·诺伊斯以及安迪·格罗夫一起创办了英特尔公司，就此开启了“三位一体的英特尔传奇”之路。1965年，摩尔受《电子学》杂志邀请，写下了《将更多的元件塞进集成电路》。在这篇仅有4页的文章中，摩尔通过几年的数据整理，写下了著名的摩尔定律：在未来十年内，单位面积芯片上的晶体管数量每年翻一番。在1975年，摩尔可能是发现这样的速度太“卷”了，于是他又将摩尔定律改为每两年翻一番。论文内容，介绍在未来十年内，单位面积芯片上的晶体管数量每年翻一番。图片来源：《将更多的元件塞进集成电路》可能就连摩尔自己都没想到，这短短数行字会成为未来半个世纪半导体的发展规律，被全世界努力追赶。之后著名的每18个月翻一番的摩尔定律，其实是由后来的英特尔CEO大卫·豪斯在此基础上所做的改动，他不仅改变了时间，还将晶体管数量翻一番曲解成“性能提高一倍”。摩尔定律诞生后，全世界半导体公司都开启了行业“内卷”之路，商业化时代的摩尔定律成了一种促销手段，变成了一条经济定律。2、摩尔定律晶体管的“瘦身”为什么晶体管数量能够实现短时间的翻倍呢？摩尔定律为什么能够成立呢？这些问题要从晶体管开始讲起。晶体管就像两个首尾相连的二极管。两边是同类型半导体，中间是另一种类型的半导体。正常情况下，没有任何电流能通过它，但是当我们给中间的半导体施加电流，只要电流能达到一定阈值，晶体管就被导通，相当于打开了开关，而在阈值以下，晶体管则相当于断路。这种通过调节电流实现自由开关的功能就是晶体管最重要的功能，它打开了数字电子学与数字储存器的大门。不同大小的晶体管，图片来源：维基百科人类将很多晶体管与其他元件相互组合，构成各种类型的逻辑电路——与、或、非等门电路，这些电路可以组合成各种计算功能。相比于普通电路，这种电路不仅运算速度更快，还可以做得很小，方便集成到各种微型设备中，这就是所谓的集成电路，它正是现代互联网和你身边的电脑、手机的“鼻祖”。晶体管数量越多，构成的逻辑电路越多，我们能同时运算的数字就越多，从而构成越快的集成电路，这就是大规模乃至超大规模集成电路诞生的原因。集成电路内部晶体管，图片来源：维基百科通过以上描述你可以发现，相同芯片架构下，晶体管的数量其实决定了芯片的性能。那如何实现单位面积芯片晶体管数量翻倍呢？答案其实很简单，将每个晶体管面积变为原来的1/2。早期芯片只有二维排列，将晶体管看成一个长方形，只要它的长和宽都缩小为原来的0.7倍，0.7x0.7=0.49，就可以实现单个晶体管面积缩小为原来的一半了。晶体管的长和宽变为原来的 0.7 倍，其栅极长度自然也会变为原来的 0.7 倍。什么是栅极？栅极在晶体管中的作用类似于栅栏，它可以拦住电子，也可以让电子通过。它的功能就是通过调节栅极的电流，以实现调节流过晶体管的电流强度的作用。栅极其实是晶体管功能的核心所在，因此科学家选择将最小栅极长度作为衡量工艺进步的标准，这就是商业宣传中常说的芯片制程。这下你应该知道为什么手机厂商宣传的芯片制程（从14纳米、10纳米到7纳米再到5纳米），每次进步都是按照0.7的比例缩小了吧。当然，由于晶体管的三维堆叠技术的发明、芯片频率的进步和物理极限等原因，现在的芯片已经“卷”不动晶体管数量了，也无法实现摩尔定律的晶体管翻倍定律。所以英特尔才无奈地将摩尔定律改为“性能提升一倍”。所谓芯片制程也变成了一种象征意义，为了遵循摩尔定律所创造的营销方式，不再代表实际芯片的最小栅极长度了。半导体行业历经半个多世纪，都在按照摩尔定律发展。从第一枚商用芯片的2250个晶体管，到现在一枚小小的CPU包含的数百亿个晶体管，都是万千工程师智慧的凝结。半导体厂商越来越“卷”，晶体管数量越来越多，芯片效能不断提升，价格自然也降低了。现在你能享受到互联网和智能手机等技术的快速变革和创新，都离不开人类对摩尔定律的坚守。3、摩尔定律要消失了吗？可惜的是，随着新工艺节点的不断推出，工艺制程也在一步步向着物理极限逼近，导致摩尔定律无法持续。对于摩尔定律达到极限的原因，可能你听的最多的就是量子隧穿效应。晶体管如果持续缩小，甚至可能到达几个原子的尺寸。在这个尺度下，量子效应会大大增强。这时，不需要给栅极施加电流，某些电子就可以直接从发射极直接流向集电极，这意味着晶体管的功能受到很大削弱，会导致非常严重的后果。为了能继续减小栅极大小，人类也提出了各种解决手段，例如将栅极材料替换成高介电材料，以防止电子的穿透。或者将栅极做成类似鱼鳍的叉状3D架构，用立体结构取代平面器件来增强栅极的控制能力，以减小量子隧穿对芯片的影响。但这些方法都只是“缓兵之计”，如果没有材料学上的突破性进展，随着晶体管数量的增加，生产成本会不断增加，晶体管的性能提升也会遇到瓶颈，终有一天摩尔定律会“死去”。有预测认为，摩尔定律的极限将在2025年左右到来，但也有乐观的人认为还能持续更久。这几年，随着AI时代的到来，关于摩尔定律已死的讨论越来越多，其实摩尔本人也预见了摩尔定律失效的那一天。早在2015年，摩尔接受采访时就表示：摩尔定律不会永远有效，但如果良好的工程技术得到应用，那么摩尔定律仍...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1355851.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1355851.htm
