摩爾定律已近50年　還能適用多久？ - 3C

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摩爾定律已近50年　還能適用多久？

2014/03/11-王榕


廣為人知的摩爾定律(Moore's Law)，自1965年由英特爾(Intel)聯合創始人Gordon Moore
經由長期觀察提出此說法以來，一直被奉為半導體界發展的圭臬。但在發展了近50年的現
在，越來越多人懷疑，摩爾定律是否已經到達了發展的極限。

晶片(Chip)上容納越多的電晶體(Transistor)，能讓晶片運作速度更快，而這需要生產技
術的提升才能辦到。摩爾定律便是指在一個尺寸相同的晶片上，因製程技術的提升，每24
個月所能容納的電晶體數量將會加倍。除了能提高性能，並可以降低單一電晶體的製造成
本。

在摩爾定律剛發表的前30年，處理器的時脈速度急速成長3,500倍，自1MHz(兆赫)加快至
5,000GHz (十億兆赫)；英特爾早期10微米(Micron)的4004處理器，是由2,300個電晶體組
成，進化到Ivy Bridge的22nm最新處理器，則搭載超過10億個3D三柵極晶體管
(3D Tri-Gate transistors)。

根據TechRadar網站表示，可以看出英特爾在14nm製程節點的發展後，接著會是發展5nm製
程。但是，儘管可以生產出尺寸小於5nm的晶片，相對應的週邊新設備及技術，是否也可以
以符合成本效益配合之？其中像是顯影(Lithography)設備的提升，即是需考量之點。

若要搭載更多電晶體，則必須將目前採用波長193nm深紫外光(Deep Ultraviolet)將電路圖
蝕刻至基板上的顯影方式，更改為使用波長較短為13.5nm的極紫外光
(Extreme Ultraviolet)，以提供更高的解析度，讓更多電晶體被轉到矽晶圓上。英特爾預
計2015年時可以開始採用EUV。

英特爾執行長Brian Krzanich在2013年的英特爾科技論壇(IDF)上展示了下一代Broadwell
率先採用14nm製程的系統晶片(SoC)，並宣布預計於2013年底開始出貨。雖然目前因製程問
題已推遲至2014年第4季後才會開始生產，但短期之內對工程師來說，摩爾定律仍將適用於
推動目前的CMOS技術製程至極限。

而藉由使用新材料基板也能增加效能，像是利用砷化銦鎵(InGaAs)、磷化銦(InP)、矽鍺
(SiGe)等具較高電子移動性及可在低電壓狀況下使用的材料，以達到降低功耗的目的。

加州大學柏克萊分校所研發的石墨烯奈米帶(Graphene nanoribbons)，擁有比銅更低電阻
率、傳輸速度更快。因此研究人員Felix Fischer表示，若在積體電路上使用此只有1個原
子厚，15個原子寬的石墨烯帶，將可能增加超過1萬個電晶體的搭載量於晶片上。

但博通(Broadcom)技術長Henry Samueli並不樂觀看待，他認為半導體尺寸的收縮仍有其物
理極限。

而美國國防部先進研究計劃署(Defense Advanced Research Projects Agency)總監，同時
也是英特爾Pentium處理器的設計師之一的Robert Colwell，也在2013年的熱門晶片大會
(Hot Chips Conference)上表示，他認為在2020年或2022年時可能會發展到7nm或5nm，但
不可能再低到1nm，而這也就是宣告了摩爾定律的失效。

摩爾定律最注重的並不是性能上的表現，而是成本上的降低。因此Colwell提出一點，若遲
遲無法找到符合成本效益的生產方式，摩爾定律將被調整甚至是終止，而這都是因為經濟
因素的考量，而非物理因素。








最小到底可以到幾奈米?
英特爾的製程技術目前到底領先其他人多少??

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