[閒聊] 摩爾定律

搞硬體設計的人一定都聽過的摩爾定律是這樣的：

"Over the history of computer hardware, the number of transistors in a dense integrated circuit doubles approximately every two years.

簡單翻譯的話就是說 IC裡的電晶體數目大約每兩年就增加一倍

摩爾定律是由 Intel 的創始人之一 Gordon E. Moore 經 "觀察" 所提出來的結論，而且原始的句子說兩年，但目前大家比較熟悉的數字其實是 18 個月，這原因在於當時的進步速度非常快，所以那個時間經過一再修正，最後才修正到 18 個月這個數字。

電晶體的數目可以增加一倍，最簡單的方法其實就是把電晶體的大小一再的縮小，特別是早期電晶體是很大一顆的，所以大家可以注意到像是 Intel、TSMC 這些 foundry 提出新的製程時講的都是新的製程又微縮到了幾奈米等等。在跟隨摩爾定律的準則下，新製程的大小其實可以簡單的由一個式子推算：

因為一個 IC 可以把它視為一個 2D 平面，要在同樣的面積塞入多一倍的電晶體也就代表每個電晶體的面積要減少 1/2，基於這點，電晶體的邊長就要變成原本的 $\frac{1}{\sqrt{2}} = 0.7$，所以假設現在最新的製程是 22nm，下一代的製程就會變成 $22 * 0.7 = 15.4$ 也就是 16nm 左右。大家可以用這個數字去簡單推算過去每代製程的進展是否符合這個數字 (不過印象中這好像也只是個大概趨勢，像 TSMC 有時候會再推出一些略大於這個數字的製程，感覺有點像是過渡期一類的存在)。

這邊有個有趣的點：電晶體的大小不可能無限制的微縮，必然有個極限存在，各 foundry 正在努力研發的 10nm 以下的製程其實也差不多快到極限了，也因此近年來要繼續遵循摩爾定律就有不只是縮小電晶體大小的方式出現。當然，最後會怎麼做還是要看各 foundry 的策略如何。況且 10nm 以下的製造方式有別於以往的方法，技術上仍有相當大的部分需要克服的，所以幾年才搞得出來還說不準，這部分因為講下去會離題，所以就此打住。

對於摩爾定律，其實我個人是不太能理解為什麼這個業界的這麼尊崇它，即便它只是個經過觀察且修改過很多次的一個結論。我自己是覺得這已經像是信仰一類的東西，沒有什麼原因。