摩爾定律 — 半導體產業的神秘力量
日期：2020/10/31
文：Y.C.Lo / 校稿: B.H.Huang
閱讀程度：簡單
就在今年，台積電 (TSMC) 宣布5奈米製程正式量產，於此同時搶下手機大廠蘋果 (Apple) 以及電腦微處理器大廠超微 (AMD) 的訂單，而這些公司們的5奈米產品也逐漸上市，例如今年十月發表的 iphone 12。這些新聞相信讀者們都有耳聞，但看完之後，除了讚嘆台積電真是厲害外，可能也會困惑—「5奈米究竟是指什麼啊？」
那麼好的，接下來就讓我們來告訴你！究竟半導體產業常講的「幾奈米」究竟是怎麼，以及其背後發展的神秘趨勢摩爾定律吧！
小還要在更小，快還要再更快
在《三分鐘搞懂半導體是什麼》這篇文章中，我們提到在積體電路 IC 上都是一大堆的電晶體，只要能操控這些電晶體的開關，就可以進行數位世界的 0 與 1的計算，完成各式各樣的功能。理想上，只要我們可以在一顆固定大小的IC 裡放入越多的電晶體，那它的運算能力就會越強。
就好像買披薩的時候，一片披薩餅皮上的料越多，就越好吃吃起來越快樂 ('3')那麼半導體業經常提到的 x 奈米，到底是什麼呢？我們曾將電晶體比喻為水龍頭以及水槽，不斷減少的奈米數就如同尺寸縮小的水龍頭，由於尺寸變小了，所以水槽也變小了，這樣水流就可以花更少的時間注滿它，對電晶體來說則是電子需要移動的距離變短，因此伴隨著電晶體尺寸的下降，IC 的運算速度也可以越來越快，而上述「x 奈米」概念在半導體業的行話就是電晶體的「等效最小通道長度」。
而目前最新的進展是：台積電已經投入2奈米的研發，可說是領先全球、超前部屬呢。但其實最早在台積電1987年創立時，台灣的製造的技術是3000奈米喔！如果簡單換算成面積比例的話，現在的技術可以放進比當時多大約兩百萬倍的電晶體數量，也就是說 iphone 現在最新的 A14 仿生晶片，如果用1980年代的工藝製造的話，那它會是13 x 13平方公分，光是一個晶片就比一台手機還要大呢。
電晶體縮小的潛規則—摩爾定律
電晶體不斷地縮小，那麼你知道電晶體縮小的速度有多快嗎？這個問題就讓我們，請知名的電腦微處理器公司，英特爾 Intel的創辦人 — Gordon Earle Moore，以及前執行長 — David House 來回答吧！
「在IC上可以容納的電晶體個數大約每兩年就成長一倍」—— Gordon Earle Moore
「大約每18個月，IC的效能就成長一倍」—— David House這就是半導體產業常常提到鼎鼎大名的摩爾定律啦，半個世紀以來半導體業大約就隨著這樣的製程微縮速度，不斷的發展，直到最近幾年才又逐漸地趨於緩和。
結語：接下來如何—More than Moore
關於電晶體的微縮近年來似乎遇上了瓶頸，原因是因為當電晶體的尺寸越來越小，許多物理上的問題也變得更難被克服，例如量子力學等複雜高深的問題及效應，也開始出現在電晶體之中。製造的成本越來越高的狀況下，許多廠商也因研發經費過於高昂，量產失敗，甚至不再投入最新的製程研發之中，最有名的便是今年的Intel 7奈米宣告研發失敗。
許多人斷言摩爾定律已經被打破了，小編們其實也認為這是一個非常嚴重的問題呀！不過每當這種時刻到來，危機就是轉機，就越有創新的可能。已經有許多人在研究新的材料以及微縮技術，甚至有物理學家利用超導體、電子自旋等等進行新一代的量子運算。未來會是如何？或許也不必太悲觀，但產業也必須不斷地注入創新的活水，才能不斷的進步下去！
以上就是我們這次所帶來的內容，這一回我們已經對半導體製程的微縮，有了基本的觀念，那麼下一回我們將繼續介紹製程微縮的重要技術「微影技術 Lithography。」我們下回見啦！Bye！
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