2024年摩尔定律已经走到尽头？创业公司如何创新
2024-03-22
王柯团队
自 1947 年发明以来，晶体管就持续为现代世界提供动力，而硅芯片上封装的晶体管数量在密度上稳步增长，这使得过去 70 年里的计算能力呈指数级增长。
然而，晶体管是一个物理对象，并且是纯粹的物理对象，它像其他所有物理对象一样受物理定律的约束。这意味着晶体管的尺寸存在物理限制。
但在戈登・摩尔（Gordon Moore）就计算能力的增长速度做出他著名的预测时，没有人真正考虑过纳米尺度的晶体管。
但随着我们进入 21 世纪的第三个十年，我们对在相同数量的硅中封装更多晶体管的依赖正在突破物理可能的界限，导致许多人担心已经让我们成为习惯的创新步伐可能会在不久的将来戛然而止。
晶体管的历史
晶体管是一种半导体，通常具有至少三个可以连接到电路的端子。通常，其中一个端子负责控制通过其他两个端子的电流，这允许在数字电路中快速切换。
在晶体管出现之前，这种快速的电路切换是使用热电子阀完成的，热电子阀通常被称为旧式真空管。
这些真空管三极管比晶体管大得多，并且需要更多的功率才能运行。与晶体管不同，它们不是“固态”组件，这意味着它们在正常运行期间可能会发生故障，因为它们依赖于在管内流动的电子运动来传导电子电流。
这意味着基于真空管的电子设备体积大、温度高且运行成本高，因为它们需要定期维护以更换因某种原因而发生故障的电子管，从而使整个电子机器停止运行。
晶体管是在 AT&T 的贝尔实验室由 John Bardeen 和 Walter Houser Brattain 在 William Shockley 的监督下“发明”的。尽管在此之前，晶体管的概念已经存在了大约 20 年――但直到贝尔实验室完成这项工作后，才建立了晶体管的工作模型。Shockley 在 1947 年的设计上改进了 1948 年的双极结型晶体管，正是这种实现在 1950 年代首次投入批量生产。
下一个重大飞跃是硅表面钝化，它允许硅取代锗作为晶体管的半导体材料，后来又用于集成电路。
1959 年 11 月，贝尔实验室的 Mohamed Atalla 和 Dawon Kahng 发明了金属氧化物半导体场效应晶体管 (MOSFET) ，它比 Shockley 的双极结型晶体管消耗的能量少得多，而且可扩展性更强。
MOSFET 仍然是当今使用的主要晶体管，并且作为一个单独的单元，是人类历史上制造最多的器件。由于 MOSFET 可以做得越来越小，越来越多的晶体管可以制造成集成电路，从而实现越来越复杂的逻辑操作。
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