如果將摩爾定律比為一個(gè)人，到今年他已經(jīng)是個(gè)50歲的中年人了。在這五十年中電子產(chǎn)業(yè)遵循著摩爾定律獲得了巨大的進(jìn)步，然而在今天人們也會(huì)想知道摩爾定律是否已經(jīng)過(guò)時(shí)，它還能不能適應(yīng)時(shí)代繼續(xù)對(duì)于未來(lái)電子產(chǎn)業(yè)發(fā)展起到指導(dǎo)作用。在本文的上篇中我們將回到上世紀(jì)60年代，看看摩爾是在什么樣的時(shí)代背景與實(shí)踐中提出了摩爾定律，發(fā)現(xiàn)摩爾定律中不被重視的另一面。

　　半個(gè)世紀(jì)前，一個(gè)名叫戈登摩爾的年輕工程師仔細(xì)觀察了他所處的新興行業(yè)，并且對(duì)于接下來(lái)十年中在這一行業(yè)里會(huì)發(fā)生的各項(xiàng)大事件做出了自己的預(yù)測(cè)。這篇長(zhǎng)達(dá) 4 頁(yè)的預(yù)測(cè)文章被刊登在 Electronics 雜志上，這位年輕工程師預(yù)測(cè)在未來(lái)會(huì)出現(xiàn)家用計(jì)算機(jī)、移動(dòng)電話以及擁有自動(dòng)駕駛系統(tǒng)的汽車(chē)。他在文章中預(yù)測(cè)集成芯片上可容納的電子元件數(shù)量將每年穩(wěn)定地增加一倍，這會(huì)使得集成芯片越來(lái)越經(jīng)濟(jì)實(shí)惠，而這也就是驅(qū)使他筆下那些奇思妙想的技術(shù)化為現(xiàn)實(shí)的動(dòng)力。

　　在文章發(fā)表十年之后，這一描述集成芯片上電子元件指數(shù)式增長(zhǎng)的「摩爾定律」并沒(méi)有停止下來(lái)的跡象。時(shí)至今日，摩爾定律在近五十年來(lái)的科技高速發(fā)展進(jìn)程中貫穿始終，遵循著摩爾定律的現(xiàn)代科技為人們的生活帶來(lái)了計(jì)算機(jī)、個(gè)人電子設(shè)備以及傳感器。摩爾定律對(duì)于現(xiàn)代化生活的影響是難以估量的，如果沒(méi)有集成芯片的不斷發(fā)展，我們坐不了飛機(jī)，打不了電話，甚至連洗碗機(jī)都用不了，更別提發(fā)現(xiàn)希格斯波色子與創(chuàng)造互聯(lián)網(wǎng)了。

　　但是說(shuō)到底，摩爾定律究竟是如何影響了我們的生活，它為什么能夠取得這樣的成就？摩爾說(shuō)明了技術(shù)進(jìn)步是毋庸置疑且勢(shì)不可擋的，還是它僅僅反應(yīng)了在一個(gè)特殊時(shí)期中的技術(shù)發(fā)展?fàn)顩r？時(shí)至今日，我們還能用摩爾定律來(lái)解釋最近十幾年計(jì)算機(jī)方面的技術(shù)進(jìn)步與創(chuàng)新進(jìn)展嗎？

　　在我看來(lái)，摩爾定律的地位是毋庸置疑的。摩爾定律是時(shí)代的證明，它代表了人類(lèi)的辛勤工作、聰明才智以及來(lái)自自由市場(chǎng)的激勵(lì)。摩爾的預(yù)言在起初只是對(duì)于一個(gè)新興產(chǎn)業(yè)的簡(jiǎn)單觀察總結(jié)，但是隨著時(shí)間的推移，它已經(jīng)成為了一種自我實(shí)現(xiàn)的預(yù)期。摩爾定律的實(shí)現(xiàn)是由千千萬(wàn)萬(wàn)創(chuàng)新公司與工程師們持續(xù)創(chuàng)造的結(jié)果，他們能夠從摩爾定律中看出行業(yè)發(fā)展的潛力，并且竭盡全力去保持技術(shù)上的領(lǐng)先地位，否則就會(huì)冒著落后于競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手的風(fēng)險(xiǎn)。

　　不過(guò)我也想說(shuō)，盡管摩爾定律被無(wú)休止地套用在解釋各類(lèi)技術(shù)進(jìn)步上，但是它并不僅僅是一個(gè)簡(jiǎn)單的概念。摩爾定律的含義在這幾十年的發(fā)展中經(jīng)過(guò)了反反復(fù)復(fù)的改變，直到今天它依然在不斷變化。如果我們想要從摩爾定律中領(lǐng)悟技術(shù)進(jìn)步的本質(zhì)以及從中預(yù)測(cè)未來(lái)的發(fā)展，那就還需要進(jìn)行深入地了解與觀察。

　　在上個(gè)世紀(jì) 60 年代，當(dāng)時(shí)硅谷還沒(méi)有名滿天下，年輕的戈登摩爾在仙童半導(dǎo)體公司擔(dān)任研發(fā)主管。在從肖克利半導(dǎo)體實(shí)驗(yàn)室出走之后，他與別人一起在 1957 年成立了這家公司。在這家公司中，他們一起完成了硅晶體管的早期研發(fā)工作。

　　仙童公司是當(dāng)時(shí)為數(shù)不多的針對(duì)硅晶體管進(jìn)行開(kāi)發(fā)的公司，晶體管是一種可變電流開(kāi)關(guān)，能夠基于輸入電壓控制輸出電流，并可用于計(jì)算和儲(chǔ)存數(shù)據(jù)。仙童公司很快就從中發(fā)現(xiàn)了利基市場(chǎng)。

　　在當(dāng)時(shí)，大多數(shù)的電路是由單個(gè)晶體管、電阻、電容以及二極管連接組成，它們被手動(dòng)組裝在一塊電路板上。而在 1959 年，仙童公司的赫爾尼發(fā)明了平面晶體管，取代了之前的臺(tái)面晶體管。

　　有了這種平面晶體管，工程師就可以將多個(gè)晶體管布線互聯(lián)在一起，安裝在在一小塊或幾小塊半導(dǎo)體晶片或介質(zhì)基片上，制作出一種被稱為「集成電路」的東西。德州儀器的杰克基爾比是集成電路方面的先驅(qū)者，他首先想到了電阻器和電容器 （無(wú)源元件） 可以用與晶體管 （有源器件） 相同的材料制造。摩爾的同事羅伯特？諾伊斯則用實(shí)踐顯示了平面晶體管可以被用來(lái)制造集成電路， 通過(guò)給晶體管覆蓋一層絕緣的氧化物涂層， 然后添加鋁線去連接不同的晶體管就可以實(shí)現(xiàn)。仙童公司將這種新的制造工藝投入到了首個(gè)硅集成電路的制作中，這種硅集成電路于 1961 年面世，剛剛開(kāi)始只包含了 4 個(gè)晶體管。到了 1965 年，該公司已經(jīng)能夠制作出包含了 64 個(gè)電子元件的集成電路了。

　　有了這些前期知識(shí)的積累，摩爾在 1965 年發(fā)表的一篇論文中做出了大膽的結(jié)論：集成電路代表了電子產(chǎn)業(yè)未來(lái)發(fā)展方向。這聲明在今天看來(lái)當(dāng)然是不言自明的，但是在當(dāng)時(shí)那個(gè)年代卻引起了爭(zhēng)議。很多人都質(zhì)疑摩爾的觀點(diǎn)，認(rèn)為集成電路不過(guò)是電子產(chǎn)業(yè)中的一個(gè)小小分支。

　　這些質(zhì)疑是可以被諒解的，因?yàn)樵诋?dāng)時(shí)集成電路的工藝比其他手工電路板產(chǎn)品復(fù)雜得多，而且也貴得多——從今天的計(jì)算角度來(lái)看，在當(dāng)時(shí)集成電路的成本高達(dá) 30 美元，而單個(gè)組件的成本不到 10 美元。在那個(gè)年代，生產(chǎn)集成電路的公司屈指可數(shù)，而他們真正的顧客也只有美國(guó)航空航天局以及美國(guó)軍方。

　　不過(guò)讓問(wèn)題更加復(fù)雜的是當(dāng)時(shí)的晶體管并不可靠。據(jù)摩爾回憶，在當(dāng)時(shí)單個(gè)晶體管大約只能發(fā)揮出 10%-20% 的功效。當(dāng)你將多個(gè)晶體管集成在同一塊電路板上，雖然期望它能夠發(fā)揮出最大的功效，但其實(shí)效果并不盡如人意。之所以會(huì)出現(xiàn)這種狀況，是因?yàn)檫@種操作邏輯是有缺陷的。雖然有 8 個(gè)晶體管被集成在同一塊電路板上，實(shí)際上它們并不能發(fā)揮出整體的效果，其工作效果還是等同 8 個(gè)獨(dú)立的晶體管。這是由于每個(gè)晶體管發(fā)生故障的概率是獨(dú)立的，且這種故障是隨機(jī)出現(xiàn)的，比如飛濺的油漆就能讓晶體管失效。如果兩個(gè)相鄰的晶體管中有一個(gè)發(fā)生了故障，那這兩個(gè)晶體管就會(huì)同時(shí)罷工。因此也就是說(shuō)當(dāng)把兩個(gè)晶體管連接在一起時(shí)，就要冒著一損俱損的風(fēng)險(xiǎn)。

　　雖然面臨種種困難，摩爾仍然堅(jiān)信集成電路總有一天會(huì)被證明是一種經(jīng)濟(jì)實(shí)惠的選擇。在他 1965 年發(fā)表的論文中，摩爾為了證明集成電路將擁有光明的未來(lái)，將仙童公司的第一代平面晶體管以及后續(xù)生產(chǎn)的一系列集成電路作為參照，構(gòu)建了一個(gè)對(duì)數(shù)模型。在該模型中，他發(fā)現(xiàn)隨著時(shí)間發(fā)展，每年集成電路上的元件數(shù)量就會(huì)增加一倍。

　　通過(guò)在模型中加上一條小小的趨勢(shì)線，摩爾做出了一個(gè)大膽的推斷：這種增長(zhǎng)趨勢(shì)將持續(xù) 10 年。到了 1975 年，他又預(yù)測(cè)人們將親眼目睹集成電路上的元件數(shù)量從 64 增長(zhǎng)到 65000。這個(gè)預(yù)測(cè)已經(jīng)相當(dāng)接近現(xiàn)實(shí)。在 1975 年時(shí)，英特爾公司準(zhǔn)備生產(chǎn)的電荷耦合（CCD）內(nèi)存芯片上就已經(jīng)包含了 32000 個(gè)元件，只要經(jīng)過(guò)一年的發(fā)展，其結(jié)果就會(huì)與摩爾的預(yù)測(cè)相當(dāng)接近。而這家英特爾公司正是在 1968 年摩爾與諾伊斯、葛羅夫脫離了仙童公司后成立的。