“摩尔定律”还能发挥作用么？在芯片制造领域会延续下去吗？

关注芯片发展的朋友们大都听说一个词，叫作“摩尔定律”。那么摩尔定律到底是个什么东西呢?为了照顾到不太熟悉这个定律的人，我们先简单地科普一下“摩尔定律”。

摩尔定律是英特尔创始人之一戈登·摩尔的经验之谈，其核心内容为：集成电路上可以容纳的晶体管数目在大约每经过18个月便会增加一倍。摩尔定律是内行人摩尔的经验之谈，汉译名为“定律”，但并非自然科学定律，它一定程度揭示了信息技术进步的速度。被称为计算机第一定律的摩尔定律是指IC上可容纳的晶体管数目，约每隔18个月便会增加一倍，性能也将提升一倍。摩尔定律是由英特尔(lntel)名誉董事长戈登·摩尔( Gordon moore)经过长期观察总结的经验 。

1965年，戈登·摩尔准备一个关于计算机存储器发展趋势的报告。他整理了一份观察资料。在他开始绘制数据时，发现了一个惊人的趋势。每个新的芯片大体上包含其前任两倍的容量，每个芯片产生的时间都是在前一个芯片产生后的18~24个月内，如果这个趋势继续，计算能力相对于时间周期将呈指数式的上升。 Moore的观察资料，就是现在所谓的Moore定律，所阐述的趋势一直延续至今，且仍不同寻常地准确。人们还发现这不仅适用于对存储器芯片的描述，也精确地说明了处理机能力和磁盘驱动器存储容量的发展。该定律成为许多工业对于性能预测的基础 。

摩尔定律的基本内容为：集成电路上可以容纳的晶体管数目在大约每经过18个月便会增加一倍。该定律是由CPU芯片制造巨头英特尔的创始人之一戈登-摩尔根据自己在芯片领域积累的经验，以及推测所得出的。

从摩尔定律被提出来开始，就有不同的声音质疑摩尔这一发现。随着科技的不断进步和芯片的发展，到目前为止，摩尔定律依旧没有被颠覆。是不是由此我们能够得出，摩尔定律是一条科学规律?

2、摩尔定律缺乏足够的理论支撑

摩尔定律从被提出来到目前为止都是正确的，这是不是就意味着摩尔定律是科学呢?我们不妨按照摩尔定律的模式类比一个实例，假如你让100个人排成一队，从队头体检到队尾，那你发现这100个人都是健康的。那么我们能得出只要找100人来排队，检测出来的结果就一定是100个健康人么?或者说，100人排队，你检测了前30个都是健康人，是不是就能推测后边70个人也一定是健康人呢?

所以，摩尔定律只是经验之谈，而恰好在今天以前，国际社会相对和平，各个科研机构和制造商的正常工作没有受到干扰和打断，整个产业链的努力刚刚好同步，基本上能够满足芯片集成规模18个月翻一番。

3、摩尔定律也受限于电击穿的干扰

现代集成电路晶体管的集成规模得益于薄膜晶体管的发展，但大规模的提高晶体管的集成数量却也引入了另一个难题。

摩尔定律在芯片制造领域会延续下去吗?当以英特尔、台积电和三星为代表的芯片制造厂商将它证明了数十年之后，回答问题的关键已不是“会”与“不会”，而是如何延续下去。

多年以来，在手机、电脑应用的驱动下，台积电、英特尔不断改进芯片的生产工艺，与英特尔联合创始人戈登·摩尔50年前提出的摩尔定律保持一致。然而近年，芯片工艺越来越接近半导体的物理极限，成本也更加高昂，追赶“摩尔定律”愈加困难。

“为什么说摩尔定律到头了，因为经济学上它的成本反而增加了。” EDA((电子设计自动化)软件公司Cadence数字与签核事业部产品工程资深群总监刘淼告诉界面新闻。

粗略计算，以1美元对应制造的晶体管长度计算，2012年的28纳米制程可以制造约20米晶体管，到了2014年的20纳米制程，则仍只有20米。“光靠这一个维度(先进制程)是不足以支撑摩尔定律继续往下走的，因为它的成本看不到显著的降低。”刘淼说。

从设计到制造，越来越多的芯片产业链企业开始尝试新方案。从整个行业来看，行业龙头台积电投入5纳米及3纳米先进制程时，在先进封装技术上也持续推进，小芯片(Chiplet)系统封装正成为台积电主要客户所看重的技术。两者对比而言，由于先进制程成本极为昂贵，后者应用趋势已经变得明显。

AMD首席执行官苏姿丰认为，摩尔定律仍然有效，但推进的速度趋缓。过去半导体业靠先进制程微缩，让芯片体积不变，但晶体管密度倍数提升，如今发展逐渐面临瓶颈，必须靠Chiplet封装、异质整合等技术协助智能微缩下，芯片效能才能提升。

Chiplet近年成为芯片行业的关键词。传统系统单芯片的做法是每一个组件放在单一裸晶(Die)上，造成功能越多，硅芯片尺寸越大。Chiplet的特点是将大尺寸的多核心设计分散到个别微小裸芯片，如处理器、模拟组件、储存器等，再用立体堆栈的方式，以封装技术做成一颗芯片，类似乐高积木。

实际上，产业界早就意识到3D结构对于延续和“拯救”摩尔定律的意义：面对非常小的设备尺寸，物理定律已成为晶体管技术进步的障碍。

在中国，现任中芯国际副董事长蒋尚义近年来即致力于Chiplet封装。此前他在公开场合曾表示，这些年集成电路不断创新，发展至今摩尔定律已经接近其物理极限，未来改变方向在于整个系统中的瓶颈：封装与电路板。

“我自己在2009年时就开始做先进封装，我们希望打破这个瓶颈。” 蒋尚义提及，如有了先进封装，整个系统架构将完全改变。未来半导体方向将不再是芯片越做越小、功能越来越好、功耗越来越低，而是将一个大的芯片分成小的芯片，再重新组合。

Chiplet系统级封装技术被视为减缓摩尔定律失效的对策。在台积电宣布与ARM合作了第一个以CoWaS(基板上晶圆上封装)解决方案获得硅晶验证的7纳米小芯片系统产品后，包括AMD和联发科也是Chiplet的拥趸。