芯片制造业的过去现在和未来

【英国《金融时报》２月４日文章】题：大半导体生产商之间合作日益加强

５周前，“点接触”晶体管庆祝了它的５０华诞，这个集成电路的基本组件是
１９４７年贝尔实验室的一个科学家小组发明的。

今天，以晶体管为基础的技术几乎控制了一切，从微波炉、移动电话到跨越全
球功能日益强大的通信网络。

朗讯技术公司预言，到这个１０年结束之时，每块芯片上的微型电路将包含多
达１０亿个晶体管。

得克萨斯仪器公司的杰克·柯比是制造集成电路板的第一人，１９５８年，他
先将几十个、继而将上万个晶体管集成到单个芯片上。集成电路从此踏上一段引人
注目的旅程。体积、耗能量以及价格呈螺旋性下降趋势，而可靠性、速度及性能却
大大提高。

两条精彩法则

１９６５年，后来创立了英特尔公司的工程师戈登·穆尔用以他名字命名的
“法则”阐述了这种趋势，该法则认为，实际上，每个芯片所包含的晶体管数每过
１８个月就会增加一倍。

第二个不那么经常被人引用的名言是，随着每一代新芯片的推出，制造芯片的
工厂的成本都将增加一倍。到目前为止，事实一直证明，这两个法则极为准确。在
半导体密度以每过１８个月增加约一倍的同时，兴建一家新芯片厂的花费已从１９
９０年的２．５亿美元增加到今天的大约１０亿美元。

现任英特尔公司荣誉董事长的穆尔几个月前在一篇文章中说：“老实说，我不
指望这个法则３０年后仍然管用，不过现在我相信，它还可以再用２０年。

“到２０１２年，英特尔公司应该能够将１０亿个晶体管集成到一个生产模具
（芯片）上，该芯片的运行速度将达到１０千兆赫。这可能使芯片性能达到每秒完
成１０００亿个指令，这种运算速度与目前的奔腾Ⅱ处理器相比，就像奔腾Ⅱ与３
８６之间的差别一样。”

实际上，穆尔法则已成了芯片行业的“节拍器”及使该行业创新和突破迭出的
推动力量，几乎每过一个月，该行业就会宣布一项新突破。

使用以铜为基础的技术，能使国际商用机器公司（ＩＢＭ）和其他半导体制造
商将电路线宽从现在的０．２５微米减少到０．１８微米，然后再到０．１２微
米。这样，单块芯片上的晶体管数目将再次猛增到１．５亿到２亿个之间。

ＩＢＭ公司欧洲微电子部负责人比尔·拉罗莎认为，微芯片技术转向以铜为基
础、硅晶片向大于３００毫米的方向发展以及平版印刷技术的进步，是半导体厂商
“换代的三大基础”。

面临双重阻力

在新“芯片制造厂”成本不断攀升的情况下，为跟上这种研究和开发速度，领
先的半导体生产商被迫进行了空前的合作。

组建新研究联盟和结成研究伙伴、创立合资企业以及共享试验项目已经成为芯
片行业的特征，设在美国的行业组织半导体行业协会甚至公布了一份“道路图”，
列出了它的成员必须开发的各种技术，说如果它们想维持创新速度，保持竞争力，
就必须开发这些技术。

半导体行业须克服的另一个障碍，是设计更加复杂的芯片。主要是出于经济
上的原因，半导体行业正在向所谓“芯片系统”方向发展，即将以前孤立的几个功
能综合到单个芯片上。

专门从事芯片设计和工具销售的卡登斯（Ｃａｄｅｎｃｅ）公司总经理杰
克·哈丁说：“如果我们观察的时间足够长，我们会发现，所有的电子系统都将移
向某一单个芯片。”不过，设计这样一种复杂装置很可能会变得日益困难。

跨越量子障碍

２０１０年后的某个时候，该行业将遇到某种特别难以克服的障碍，这种障碍
不是由于技术局限造成，而是由于量子物理法则。

过去已经有人暗示过克服这些障碍的几种可能性。几年前曾受青睐的一种选择
是，采用“光计算技术”，即用光取代电流，用光转换装置取代晶体管。

最近出现了一个更受人欢迎的选择，即制造利用量子物理学的装置。

８０年代，科学家首次设计出早期量子效应装置。最近又有报道说，成功制造
出了一种量子装置──“单个电子晶体管”。

与此同时，半导体行业相信，今天以所谓场效应晶体管为基础的技术仍然有巨
大的潜力，包括可能在某些情况下用效能更高的半导体，比如镓砷化物，取代硅
等。如果从晶体管、半导体以及微处理器的发展历程中能清晰地看出一件事情的
话，那它就是，未来，如同过去一样，很可能会充满惊喜。