摩尔定律时间表

我发现令人难以置信的是每个面积的晶体管如何不断增加。到目前为止如何取得成就？我的无知告诉我，如果对各个阶段的IC进行正确的设计，那么它们应该在短时间内就可以做到这一点，但是与此同时，我确信这是大量的渐进式改进。问题是，他们做了哪些改进？它们是针对某个主题的所有变体，还是完全不同的改进，可能是混合的，但对于它们是什么改进以及为什么要进行这么小的增量，有一些启示。

它主要是光刻方面的改进吗？还是晶体管/电路设计允许更大的瑕疵容忍度？还是材料科学方面的改进允许在晶体管，走线和分层中使用更高质量的材料？还有其他方面吗？

谢谢

如果您曾经从事过一个非常复杂的技术项目，那么您将知道从一开始就不可能正确地进行设计。

想一想。如果穴居人只是考虑正确，那么他们应该在100,000年前在月球上行走。

制造现代半导体是一项非常困难的业务，它涉及许多工程挑战，为了使其成为可能，必须克服这些挑战。您不能仅通过首先设计正确的东西来克服这些挑战。唯一的方法是采取婴儿的步骤。运行新技术。开始不是很好。在该过程中将有很多缺陷，并且产率将很低。人们慢慢地研究出如何优化过程变量，以使过程可靠，并使产率接近100％。然后，您又走了一步。

从理论上讲，理论与实践之间没有区别，但实际上是如此。

为了从集成电路发展到当今的多核CPU，我们在以下方面进行了创新：

• 化学：涂料，超纯晶体生长
• 光学：如何聚焦比您要制造的特征大的光子？如何生成足够明亮且所需波长短的光源。该光源可能是半导体工厂中最大的功率消耗者之一。
• 机械方面：抛光硅晶片的技术 超平坦。准确地配准（定位）晶圆以进行重复曝光。
• 计算：您需要一台功能强大的计算机才能设计功能强大的CPU。赶上22。
• 建设：必须建造大规模复杂且昂贵的晶圆厂，才能可靠，经济地建造这些设备。

“他们应该在短得多的时间内做到这一点”

真？自从1959年第一个集成电路获得专利以来只有53年。考虑到人类已经存在了数十万年了，而这在大多数时间里他们在集成电路上根本没有取得任何进展，这真是太快了。

改进之一不是电子的，而是光学的。用于将不同层的图案投射到晶片的光致抗蚀剂上的晶片步进器使用光学透镜。在80年代，只有几微米的特征尺寸很普遍，人们担心在低于约400 nm（可见光的极限）的特征尺寸下，所使用的光学系统将无法满足需求。

如今，我们将特征尺寸减小到22 nm，并且步进器仍然使用光学器件来转移图案。但不是80年代的光学器件，它们对于这种分辨率还不够好。

这是一个竞争激烈的行业。如果某家公司可以在1985年制造100 nm器件，那他们将拥有。正是由于这种竞争力，摩尔定律继续保持下去。

将线性尺寸缩小2倍不只是一件事情。为了使现实世界的盈利芯片成为可能，需要在许多方面取得进步。正如史蒂文提到的，技术限制之一是光刻，但还有许多其他限制。我不是芯片或晶圆厂设计师，所以我不知道所有细节。我确实知道，在新的，更小尺寸的晶圆厂工艺中的投资是巨大的。通常，公司会为新工艺建造全新的晶圆厂，因为这不只是简单地用更好的机器代替一台机器那么简单。仅空气处理是一个大问题，还有很多其他问题。

制造更小的晶体管只是制造更小的芯片的一部分。随着晶体管的变小，您必须考虑其电学特性。每单位面积的功耗增加，这会降低工作电压，但会降低FET导通和截止电流之间的比率。这反过来会增加泄漏电流，从而增加了静态功耗。需要使壳体具有更好的导热性，以及在板上等进行更好的传热。这在许多相互作用的参数下不断发生。

我已经够大了，以至于记得几个“障碍”，据称基本物理说我们无法再进一步了，摩尔定律注定要停滞不前。每次聪明的人找到一种方法来做一些不同的事情来绕过物理学。我对自己的了解还不够多，以至于什么时候前进的步伐都会放缓。自1970年代中期以来就一直关注着这一过程，这给我留下了深刻的印象，即摩尔定律已经经历了多少个周期，以及在一生的一小段时间内，计算机发生了多么大的变化。

1. 经济学要求每两年更换一次新的晶圆制造工艺。新设备的成本高达数十亿美元，而建设和调整过程及设计需要花费时间来优化高产量，然后必须在生产期间进行摊销。英特尔和IBM凭借研发专利和工艺能力在这一游戏中处于领先地位。
2. 设计更改包括将闪存从二进制量化级别扩展到N个量化级别，因此使用DAC <> ADC可使每个单元的存储密度提高N个，但这增加了开销和大型ECC编解码器。其他所有方面也都得到了改善。

3. IBM现在已经发明了使用反铁磁晶格的RAM单元，可能需要5〜10年的时间才能生产出150 TB的芯片，从1e6原子降至12原子。

4. 改进包括许多重大更改，例如；

   • 应变硅，2003年采用90nm工艺引入
   • based基栅极高k金属栅极（HKMG）

总结摩尔定律的实现有太多更改，但是它是在各个层次和部门完成的；资金，研究，设计，架构，制造，材料，过程，冗余和纠错。

有趣的是，这不是物理定律，只是取决于您如何看待的奇特的生长或收缩模式。

戈登·摩尔现年83岁，退休/名誉主席，英特尔公司共同创始人，前董事长兼首席执行官。

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CPU增长的很大一部分必须归功于$ / GB RAM成本的降低。除了面积密度之外，分层体系结构还有许多其他因素，例如将90年代的制造周期从100小时减少到36小时，以制造每个芯片。

亚洲主要的存储器公司已经在这一领域竞争并继续取得成功。 本文详细介绍了与“摩尔定律”和“记忆”的挑战相关的一些有趣原因。