在如今的的信息時代，雖然我們無法看見，可是我們的生活已經無法離開芯片所産生的驅動力了。無論是炎炎夏日幫助我們清涼一夏的空調、還是我現在正用在打字的電腦、抑或是你正在浏覽新聞的手機，都離不開芯片，如今随着 5G 時代的到來，芯片是當代許多新興産業的基石，比如人工智能、虛拟現實VR、大數據、物聯網、可穿戴設備等等。

而美國之所以維持着經濟霸主的地位，有很大程度則是來源于芯片的壟斷，比如在 AD 轉換芯片、CPLD/FPGA（複雜可編程邏輯器件與複雜可編程邏輯陣列）以及射頻芯片領域。

除此之外，還有芯片設計工具EDA（電子設計自動化）。在集成電路發展的早期，人工即可完成集成電路設計。但随着科技的發展，要完成單位平方毫米内上億個門級電路的芯片的設計，則必須通過EDA輔助工具進行芯片設計。

目前國際上主要有三大集成電路EDA公司，分别是Synopsys，Cadence，Mentor Graphics。三家在EDA行業的市占率幾乎形成壟斷，且均為美國公司。

EDA

所以說美國在芯片領域的霸主地位鞏固了其全球經濟領導者的地位，而美國 50 年來的半導體（ 芯片就是半導體元件産品的統稱）行業的發展，則離不開摩爾定律的指引。

1958 年，來自德州儀器（不是山東德州哈）的傑克·基爾靈光一閃，能否利用單獨一片矽做出完整的電路，如此可把電路縮到極小。當時基爾比的想法遭到了所有同樣的笑話。幸好，德州儀器的老闆覺得基爾比的想法好像有實踐價值，就支持他的想法。

要知道在之前的電路還是分立元件構成，也就是在PCB（印刷電路闆）把三極管、二極管焊接起來構成芯片，而基爾比卻嘗試在鍺半導體芯片上生成了三極管等多個元件，并在元件之間用細金屬連線連接，從而形成了集成電路。之前由分立元件構成的2500px²印刷電路闆，在集成電路上隻需要1mm²的芯片就可以實現相同的功能。

我們所說的集成電路指的是采用特定的制造工藝，把一個電路中所需的晶體管、電阻、電容和電感等元件及元件間的連線，集成制作在一小塊矽基半導體晶片上并封裝在一個腔殼内，成為具有所需功能的微型器件。

集成電路取代了晶體管，為開發電子産品的各種功能鋪平了道路，并且大幅度降低了成本，第三代電子器件從此登上舞台。它的誕生，使微處理器的出現成為了可能，也使計算機變成普通人可以親近的日常工具。

可以說集成電路的誕生掀開了二十世紀信息革命的序幕。 1961年仙童半導體公司推出了平面型集成電路。這種平面型制造工藝是在研磨得很平的矽片上，采用一種所謂“光刻”技術來形成半導體電路的元器件，如二極管、三極管、電阻和電容等。

隻要“光刻”的精度不斷提高，元器件的密度也會相應提高，從而具有極大的發展潛力。因此平面工藝被認為是“整個半導體的工業鍵”，也是摩爾定律問世的技術基礎。

仙童半導體公司堪稱電子、電腦業界的“西點軍校”，AMD、英特爾等半導體領域大企業的創始人都是來自仙童。

仙童八人幫—矽谷大約70家半導體公司的半數，是仙童公司的直接或間接後裔

1965年4月19日，《電子學》雜志第114頁發表了摩爾撰寫的文章《讓集成電路填滿更多的組件》，正式宣告了摩爾定律的誕生。

摩爾定律的定義歸納起來，主要有以下三種版本：

1、集成電路芯片上所集成的電路的數目，每隔18個月就翻一倍。

2、微處理器的性能每隔18個月提高一倍，或價格下降一半。

3、用一個美元所能買到的計算機性能，每隔18個月翻兩倍。

摩爾發現的摩爾定律并不是不基于任何特定的科學或工程理論，隻是對真實情況的影射總結。但是矽芯片行業注意到了這個定律，也沒有簡單把它當作一個描述的、預言性質的觀察，而是作為一個說明性的，重要的規則，整個行業努力的目标。

人們還發現這不光适用于對存儲器芯片的描述，也精确地說明了處理機能力和磁盤驅動器存儲容量的發展。

摩爾定律的意思就是随着晶體管特征尺寸接近絕對極限，我們可以利用越來越小的芯片實現越來越多的功能。 處理器速度變得越來越快，我們可以在單片IC上放入更多特性和更多存儲器。

到了1974年，IBM工程師羅伯特·登納德對摩爾定律進行了補充：縮小芯片元件的尺寸能夠使芯片的速度更快、功耗更低、價格更便宜。換句話說：元件更小的芯片性能更好。

所以摩爾定律概括起來就是：半導體電路的晶體管的數量每18-24個月翻一倍。而晶體管的尺寸對計算機技術的提高來說非常重要。晶體管越小，單個芯片上可容納的晶體管數量就越多；芯片上的晶體管數量越多，處理器的速度越快、效率越高。同樣價格的電子産品性能，時隔18-24個月後就會翻倍。

而到了1975年，在一種新出現的電荷前荷器件存儲器芯片中，的确含有将近65000個元件，與1965年摩爾的預言一緻，由此，摩爾定律被半導體行業當做了金科玉律，成為了信息時代的驅動力。它變成了簡單評估半導體技術進展的經驗法則，其重要的意義在于長期而言，IC制程技術是以一直線的方式向前推展，使得IC産品能持續降低成本，提升性能，增加功能。

登納德對摩爾定律的補充也是半導體行業這幾十年一直努力從4004 芯片的 10 微米工藝生産 在邁向5nm、3nm或甚至2nm半導體制程技術之路,甚至美國勞倫斯•伯克利國家實驗室（LawrenceBerkeley National Laboratory）的一個研究團隊—已經成功研制出栅極（晶體管内的電流由栅極控制）僅長1納米的晶體管，号稱是有史以來最小的晶體管。

當然，1納米隻是實驗室狀态，3納米如何投入商用對于半導體行業而言都依然存在着一定的困難，比如玻爾茲曼暴政是一個無法回避的難題，按照該理論，越多的晶體管安裝在芯片上，就會産生巨大的熱量，超過一定界限，晶體管運行所産生的熱量就會直接燒毀芯片，而且漏電流也是一個大問題。

半導體行業一直在根據摩爾定律描繪的藍圖前行， 在26年的時間裡，芯片上的晶體管數量增加了3200多倍，從1971年推出的第一款4004的2300個增加到奔騰II處理器的750萬個，從摩爾定律推算，從1971年到2016年，按照摩爾定律推算半導體行業發展大概經曆了22個周期。

而根據摩爾定律，谷歌前CEO提出了反摩爾定律： 一個IT公司如果今天和18個月前賣掉同樣多的、同樣的産品，它的營業額就要降一半。這并不是對摩爾定律的反對，其實這兩種定律可以說是針對同一種現象的不同說法。

而在反摩爾定律的魔咒下，它逼着所有的硬件設備公司必須趕上摩爾定律所規定的更新速度，而所有的硬件和設備生産廠活得都是非常辛苦的。曾經引領風騷的太陽公司就是受反摩爾定律影響的著名例子，其由于無法跟上整個行業的速度，被IT生态鍊上遊的軟件公司 甲骨文 并購了。

但是這也促成科技領域質的高速進步，讓更多革命性的創造發明誕生，并為新興公司提供生存和發展的可能。正是有了摩爾定律和反摩爾定律，我們今天才能把智能手機才可以如此迷你、高效、便捷、智能，今天智能手機的性能比 1965-1995 年裡最大的電腦還要強勁。沒有摩爾定律就沒有超薄筆記本電腦，也不可能産生足以繪制整個基因組、或是設計複雜藥物的高性能計算機。流媒體視頻、社交媒體、搜索功能、雲——沒有摩爾定律，這些都不可能産生（或者說不可能這麼快産生可能更加準确）。

但是這幾十年來芯片制造商一直都在與摩爾定律苦苦鬥争——不能做出更小的晶體管，生存就面臨威脅。

而随着半導體行業的不斷發展，半導體行業也陷入了瓶頸。“摩爾定律”将死的呼聲不斷出現，因為研究和實驗室的成本需求十分高昂，而有财力投資在創建和維護芯片工廠的企業很少。而且制程也越來越接近半導體的物理極限，将會難以再縮小下去。簡單來說就是工藝難度太大，成本投入太高。

不同制程工藝的成本、核心面積進化路線圖

在今年，英偉達 CEO 黃仁勳在 CES 上再次強調「摩爾定律已經結束」一說，在過去幾年裡，他在多個場合都提出了這個觀點：

摩爾定律過去是每 5 年增長 10 倍，每 10 年增長 100 倍。而如今，摩爾定律每年隻能增長幾個百分點，每 10 年可能隻有 2 倍。因此，摩爾定律結束了。

在他看來，信息技術對中央處理器（CPU）的依賴已轉向于圖形處理器（GPU）。要推動應用程序運行提速不可隻依賴于芯片，而是需要重新設計整個堆棧、算法、軟件和處理器。

如果「摩爾定律」将死，而新的法則沒有出現，半導體行業的發展放緩将影響整個科技行業推進。華為任正非也提到了摩爾定律已經逼近極限：

随着逐步逼近香農定理、摩爾定律的極限，而世界面對大信息流量、低時延的理論還未創造出來，華為已感到前途茫茫，找不到方向。華為已前進在迷航中。重大創新是無人區的生存法則，沒有理論突破，沒有技術突破，沒有大量的技術積累，是不可能産生爆發性創新的。

事實上，芯片業界已經接受了晶體管尺寸接近下限的現實，并已經為摩爾定律的終結做了準備。今年早些時候，美國半導體工業協會(Semiconductor Industry Association)——成員包括英特爾、AMD和Global Foundries——發表了一份報告。這份報告宣稱，到2021年，矽晶體管尺寸的縮小将不再是一件經濟可行的事情。取而代之的是，芯片将以另一種方式發生變化。

尤其随着物聯網時代的到來，對于芯片的性能又會提出更高的要求，「摩爾定律」将死，而誰能夠提出新的法則，勢必将引領芯片行業新一輪的變革。

而這其中最重要的意義就是，可以成為下一個半導體時代的規則制定者，這 50 年來，半導體行業的發展都是在美國制定的标準框架之中，标準的引領也将讓他對整個半導體行業擁有絕對話語權、甚至從而影響全球經濟。即使并非美國企業，用了美國的專利技術标準，一樣要受制美國，比如 ARM。

如今變局以來，這将會是一個漫長的過程，需要驚人的毅力創新性的人才以及大力投入基礎教育基礎研究，而誰能把握住時代的風口，讓我們拭目以待！

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