摩尔定律失效后……
2005年04月25日 10:24:11 来源：文汇报
摩尔定律是会失效的。总有一天物理定律将会使得一块芯片上的晶体管数目每18个月翻一番的增长成为历史。
硅芯片制造商正试图将摩尔定律的期限延长15年。但是很多专家认为，随着微处理器速度的迅速提升，硅芯片必然将被其他材料所取代。
英特尔公司的创立者之一、摩尔定律的提出者戈登·摩尔说：“任何指数函数一旦外推到一定程度都会遇到阻碍。物质由原子构成这一事实就是根本的局限所在。我们不可能做得更小了。”
一旦找不到解决问题的办法，摩尔定律失效的话，电子产业蒙受的打击将是巨大的，因为这一产业一直以来就依靠越来越便宜而功能则越来越强大的芯片来赚钱。问题的根源在于这些硅片上的晶体管的本质。晶体管虽小却控制着电路中电子的流动，创造出电子信息中一个个的0和1。
目前一块边长为半英寸的硅芯片上已经可以容纳不下十亿个晶体管，把它们在如此微观的情况下排列成一定的形态已经非常困难了。电路间分隔线的限度已经超越了目前通过工具所能实现的最小限度。
最令芯片生产商们头疼的还有如何制造晶体管中包裹在电线外面的绝缘层——因为目前的绝缘层已经做得只有几个原子那么厚了。另外，排列紧密的晶体管工作时产生大量的热，甚至有可能将整块芯片熔化。
其实很早就有人开始预言摩尔定律的期限了，但是年产值达2130亿美元的芯片制造业每一次都能依靠集体智慧通过技术手段化险为夷，不断拓展硅芯片的功能。
工程师们的忧虑
然而摩尔和其他一些科学家坦言，芯片制造业不断向单分子水平逼近的前景是令人担忧的。在单分子水平上，一旦有几个原子被放错了位置就会毁了整块芯片。
IBM公司的副总裁伯尼·梅耶森曾预言人类必须在2020年之前找到硅的替代品。这时，与先前的方法截然不同的纳米技术仿佛使人们看到了解决问题的希望。
芯片制造商通常是从一大块材料中分离和筛选出他们想要的结构。而通过纳米技术，他们将有可能从单个的分子开始构建出功能完全等同于芯片的物质——既能够储存数据又能用作电子通道的开关。这和传统的制造模式恰好截然相反。
美国政府每年向纳米研究领域投入100亿美元，即便这样，资金仍显不足。英特尔的一位技术人员说，如果（纳米芯片）要在2020年之前投入市场的话，就必须从现在开始研发。
从短期看，芯片业正要着手开发一种叫做高K电介质绝缘体的新型绝缘材料，想以此提高硅的能效。目前另一个热门领域是怎样在芯片上得到更精细的结构。
到2010至2015年，纳米技术的各个分支都将为硅芯片的进一步开发提供帮助。例如，科学家们从1991年起开始研究的碳纳米管内能够导电，同时其尺寸大小也使得其完全能够替代今天的芯片上的电线，只是它的性能还不够稳定，难以控制。
量子点
从长远角度看，大约在2020年左右，硅的替代材料的研究将进入最优条件计算阶段。其它可能会有所作为的技术还有量子点（即能够在单个电子中操作的微小开关）和一种被称为“电子自旋学”的通过磁场技术来解决计算问题的方法。
摩尔本人则对传统芯片制造技术在短期内被取代表示怀疑。如果成本太高的话，经济学将赶在技术之前终结摩尔定律。一家芯片制造厂大约值30亿美元，相当于一艘核动力航空母舰。
《智慧论》一书的作者杰夫·霍金斯认为，问题的解决方法在于开发出一种工作模式更像人脑的新计算机。“人脑对问题的处理要比现在的电脑强得多。这是因为人脑的组织结构更有条理，而不是因为它有高效的处理器。”
提出“摩尔定律”这个概念的前加州理工学院教授卡弗·米德认为芯片集成度的增长减缓并非是件坏事。“我们甚至还没开始利用现有的芯片能力。我想，这对整个行业来说是一件积极的事。这意味着我们必须重新开始思考问题了。”（江泽淳编译）
