JOVANA
Explore Library Glossary Getting Started Three Levels Fields How it works Mission
Join the mission
Back to the library
微电子学 1965

把更多元件塞进集成电路

戈登·摩尔

一张图表注意到芯片的复杂度按节拍翻倍——并由此定下了数字时代的步速。

Choose your version
In depth · the introduction

1965 年,一位化学家在几个散点之间画了一条线,无意间,写下了整个计算机时代将要遵循的时刻表。

核心想法

一块集成电路,把许多微小的元件——晶体管之类——塞在一小片硅上。戈登·摩尔注意到,一块芯片上「划算地」能容纳的元件数,大约每年翻一倍;他赌这个趋势会持续下去。

「翻倍」听起来不起眼,可一旦让它跑起来就不同了。翻倍、再翻倍、又翻倍——十次翻倍之后,数量是原来的一千倍;二十次之后,是一百万倍。正是这种复利式的累积,让你口袋里的电脑,拥有比摩尔那个年代整间屋子大的机器还要强的算力,而且便宜得多。

它是如何诞生的

摩尔当时在仙童半导体主管研究——这是发明硅芯片的那批年轻公司之一——一家行业杂志请他预测这个领域未来的十年。他手上只有几年的数据,但画在合适的坐标上,那些点排得漂漂亮亮,于是他大胆外推:到 1975 年,一块芯片上将有约 65,000 个元件,而 1965 年最好的也不过几十个。

他几乎说对了。三年后,他参与创办了英特尔,并在此后数十年里,亲手帮自己的预言成真。这个趋势冠上了他的名字——「摩尔定律」,这个说法是他的朋友卡弗·米德起的——而 1975 年,摩尔本人作了修正,说如今翻倍大约要两年,而非一年。

它为何重要

摩尔定律后来与其说是一个预测,不如说是一个共同的「截止日期」。全世界的芯片厂、设计者与设备供应商,都把这条曲线当成目标,组织起数十年的研究、投入数十亿的资金去追赶它。正是这种协调一致、永不松懈的步速,把计算的成本一降再降——让它从政府与大公司的奢侈品,变成便宜到可以塞进手机、汽车、手表与玩具里的东西。

一个可以想象的画面

想象棋盘第一格放一粒米,第二格两粒,第三格四粒,一路翻倍。到最后一格,那堆米已是天文数字——比世上所有的米都多。摩尔看出,芯片正以「大约每年一格」的步伐,走过这张棋盘。如今我们已深入到「每走一步都添上惊人数量」的那些格子里——这正是为什么计算的进步,让人感觉是爆炸式的,而非平稳的。

可交互的对数坐标图,纵轴为每芯片元件数、横轴为年份;滑块设定元件数翻倍的快慢,一条从摩尔 1965 年起点出发的指数线扫过标记真实历史芯片的圆点,并提示哪种翻倍速度与数据最相符。

它的位置

这篇小小的文章,是本馆大多数现代技术条目底下那台安静的引擎。它所预言的廉价而充裕的计算,正是让互联网(参看伯纳斯-李)、以及后来 AlexNet 与 Transformer 那些「胃口很大」的神经网络,得以成为可能的前提。这条曲线还能否延续,如今已是科技世界的核心问题之一——物理与经济都在往回拽——但它所造就的那种「指数式进步」的预期,已比它最初的数字活得更久。

The original document
Original source text
G. E. Moore · Electronics 38, no. 8 (April 19, 1965): 114–117
Writing as director of research at Fairchild Semiconductor, Moore makes an economic argument, not just a technical one. For any manufacturing technology there is a complexity at which the cost per component is lowest; pack in too few and overhead dominates, too many and yields collapse. The key observation is how fast that sweet spot has been moving.
The observation
The complexity for minimum component costs has increased at a rate of roughly a factor of two per year.
The prediction
Plotting the log of components per chip against the year gives a straight line, and Moore extends it forward — cautiously over ten years, to about 65,000 components per chip by 1975.
Certainly over the short term this rate can be expected to continue, if not to increase. Over the longer term, the rate of increase is a bit more uncertain, although there is no reason to believe it will not remain nearly constant for at least 10 years.
What it foresaw
The future of integrated electronics is the future of electronics itself.
Integrated circuits will lead to such wonders as home computers — or at least terminals connected to a central computer — automatic controls for automobiles, and personal portable communications equipment.
[ … ]
Fairchild Semiconductor · April 1965