半導體行業不再參照摩爾定律之後將如何發展？

01-03

Global Chip Industry Readies for a Future Without Moore』s Law

The new forecast, called the International Roadmap for Devices and Systems, is an evolution of what has since 1998 been called the International Technology Roadmap for Semiconductors. For the first time, its outlook will be based less on the view that applications will inevitably follow improvements in raw computing speed and power, but instead that chip advances will be developed with applications in mind: Smartphones, wearable devices and machines running in data centers and so on. Moore』s Law will no longer be considered central to the roadmap.

騰訊新聞

位於華盛頓 DC 的半導體行業協會（The Semiconductor Industry Association, SIA）代表所有美國半導體企業，已經表示不再參與全球半導體行業研究規劃藍圖的章程，而是自行決定研發進度。

謝 @張醒邀

去年四月份摩爾定律五十周年的時候，小弟寫過一個回答，基本上可以比較系統的回答這個問題：

CPU 的摩爾定律是不是因為 10 納米的限制已經失效了？10 納米之後怎麼辦？ - 薛矽的回答

今天（2016-2-17）網路上出現了好多類似「摩爾定律失效」的文章，主要是Nature九號發布的這篇文章The chips are down for Moorea€?s law : Nature News Comment 這兩天被翻譯後進入了中文閱讀世界（比如題主給出的騰訊的鏈接），文章也很不錯，值得參考。

總的來說，當下在做的是「More Moore」，關於未來的發展道路，比較近期的是應用驅動的「More than Moore」，遠一點的是側重在新興技術的「Beyond CMOS」（但這部分中的大多數仍然處於試驗階段，很多人說這個一定是未來，也有很多人說那個一定是未來，當然都只是他們說而已。）Nature的這篇文章中的觀點也是類似，兩個小標題

Material differences（尋找其他材料）、Going mobile（移動化）下的舉例也大抵如此。

具體的內容知乎這兩個問題下的討論有很多（CPU 的摩爾定律是不是因為 10 納米的限制已經失效了？10 納米之後怎麼辦？ - 計算機科學

如果晶元工藝發展不能滿足摩爾定律，是否會引發 IT 界的一場創新？ - 晶元（集成電路））就不重複寫了。

謝邀，談一些我個人的看法。

（1）硅基做到10nm應該不是問題了。

（2）Extend Si CMOS 到底能不能Extend 出來是個大問題。包括nano wire等，性能較之FinFET有否提高依然成疑。

（3）Beyond Si（Ge 或 3-5族）基本上沒有什麼希望了。問題太多，好多都是很基本的物理問題，靠工藝改進繞不過去的。

（4）Beyond CMOS 被寄予很大期望，包括TFET的低能耗應用。Memristor在NPU上的應用。但是回過頭來要取代現有的技術做更高速度的CPU並不樂觀。至於光互聯和量子計算，業界都沒有人正眼瞧一瞧。

總之，除非有重大的基礎物理上的突破

謝謝邀請！本來摩爾定律就是半導體行業精英向自然的勇敢挑戰，一定會失效，每過一段時間，都會有唱衰的聲音，但是每一代半導體人都在拼盡全力不讓摩爾定律在自己這一代失效，用老羅的話來說，就是天生驕傲，有人說核武器的威脅使得世界大戰無法進行，人類已經不思進取了，就連航天事業也止步不前。目前也就電子行業還在拚命，但如果沒有摩爾定律，估計到地球資源耗盡，人類還沒法進行星際遷移，從這個角度看，摩爾定律也許是人類對自身的救贖。

最後，讓我們看看FinFet發明人胡正明是怎麼看半導體未來

摩爾定律終結怎麼辦？

胡正明：我給我的學生總是這麼說---其實這一行真正重要的是要做到最好，做到最好，你的報酬一定是高的。另外要看到這一行將來有沒有長遠的發展，我也曉得年輕人真正擔心這件事，我覺得半導體再發展一個世紀都是可以的。

常常有些學生和年輕的工程師問我說，我們這個半導體產業將來的前途怎麼樣，不是摩爾定律要結束了嗎？我跟他們說，會繼續下去。原因很簡單，知道這個原因我想你大概就會同意我的想法。

我們學校裡面，又有化學家，又有物理學家，他們都看到了高科技需要半導體，他們也聽到了摩爾定律要結束了，所以他們過去十幾年都花了很多工夫都在想有什麼辦法來取代半導體。我有機會跟這些諾貝爾獎級化學教授、物理教授交流，我知道他們在想什麼，跟他們談過很多，我可以說沒人能看到有其他任何東西可以取代半導體！但是他們看到很多可以幫半導體前進的東西。

既然不能夠取代半導體，剩下來的問題就是半導體給世界的好處，是不是已經走到盡頭了，還是說我們這個世界還需要半導體來做更多事情？

我的答案是我們的世界一定還需要更多更多智慧器件，這些智慧器件只有半導體能夠在下個世紀給我們的世界，數字革命只是剛剛開始，智慧器件和數字革命，他們的基礎都是半導體，既然沒有其它的科技能夠取代半導體來做數字功能和智慧器件的基礎，那麼我們這一行應有一百年的遠景。因為這個原因，我如果今天再重新選一行的話，我還是會選這一行，因為我覺得它還有很大的前途。

我覺得數字革命剛剛開始，世界的資源是有限的，要改進人類生活，一定要靠電子智慧。我們最近在想把一個新功能放在FinFET上面，它只要5個納米的新材料，我算了一下，如果把所有晶片上都加5納米新材料的話，每年一共只要 1000公斤材料，就又可以有一場新的革命了！

關於摩爾定律終結後，半導體行業將何去何從，Nature原文有非常精彩的論述，推薦有興趣的朋友閱讀。這裡我根據自己的理解總結一些觀點。

首先還是重溫一下摩爾定律的歷史。Intel 聯合創始人Gordon Moore 在1965年時，根據自己對半導體產業發展的理解和觀察，首次提出了摩爾定律。當時Moore認為，單個處理器上集成的晶體管數量，平均每年就能翻一番。後來，結合技術發展和市場規律，Moore本人發現這一預言太「大膽」，於是1975年在Electron
Device Meeting上發表文章Progress
in Digital Integrated Electronics修正了自己的觀點。在第二版的Moore』s Law中，Moore將晶體管數量翻倍的周期修正為約兩年一次。而隨著半導體行業的發展，無論是設計還是製造晶元，其複雜度都在迅速增加。從材料，到CPU設計，再到納米加工，每一步都極具挑戰。可以說，每一次晶元性能的升級，都是由眾多的技術、工藝進步共同促成的。這些技術、工藝環環相扣，只要有一項拖了後腿，那麼整個CPU的升級就會被拖累。1991年，美國半導體行業認識到了這一問題的嚴重性，於是在Intel的牽頭下，業內人士開始聯合起來設計未來半導體行業的發展路線圖，從而希望能夠將各大公司、技術部門對各自未來研發工作的計劃整合起來，進而實現全行業的協同發展（其實就是為了避免跳票）。而在設計路線圖的這一過程中，半導體行業教父Gorden Moore提出的這一經驗定律，自然當仁不讓的成為了路線圖的核心。至此，Moore』s Law正式從一個經驗定律變成了人類歷史上最具野心的商業計劃。從那時起，半導體行業的頂尖研究人員們共同的目標就成為了：keep up with Moore』s Law。也是從那時起，軟體和硬體巨頭相互協作 - 你推出新軟體吃掉我的計算能力，我推出更新更強大的CPU從而迫使消費者更新硬體的一段可歌可泣的好基友傳奇拉開了序幕。

好了，閑話扯完了，我們回到正題：摩爾定律終結後，半導體行業將何去何從？

我的基本觀點是，半導體行業並不會因為摩爾定律的終結就走向頹勢。目前的半導體行業，無論是在基礎物理上還是在計算機架構上，我們都還有很多可以做的。

一、
基礎物理方面

目前的處理器，從本質來說起依靠的是電子的運動。在這一過程中，電子與電子間的散射，電子與晶格間的碰撞，都將限制電子運動的速度。在散射、碰撞中損失的能量還將不可避免的產生熱量。一旦晶元的時鐘速率過高，晶元產熱的極高的功率密度將會使得晶元難以正常工作。

那為什麼我們不引入更先進的散熱技術呢？答案是：寶寶想，但寶寶做不到啊！要知道，熱量的傳輸是需要媒介的，而且傳統的製冷方式是需要做功的。拿手機來說，利用風冷顯然不可行。我們更不可能在手機內搞個水冷或者用氟利昂什麼的搞個制冷機吧，且不談手機的體積問題，製冷所需的能量也會讓電池容量變得捉襟見肘。

所以，大家也可以理解為什麼我們現在要引入多核處理器（Multicore processor）了吧。所謂多核處理器，就是把很多個具有較低時鐘頻率的處理器結合在同一片silicon dice上，通過並行運算來獲得更強的運算能力。但是，這種做法只是無奈之舉，要知道，絕大多數程序只有一部分甚至很小的一部分能夠被用於並行計算。而剩下的那些只能做順序計算的部分，將大大的拖低我們的計算效率。

當然，我們可以開發與並行計算更加兼容的演算法和程序，而這也的確是未來的一個發展方向，但是這並不能從根本上解決我們面臨的困境。設想，我們所有的程序都能達到100%的並行率。到那時，我們該如何繼續提升我的計算能力呢？往同一個dice上添更多的核心？答案是，短期內也許可以，但長期絕不可行。由於量子效應，我們並不能無限縮小晶體管的大小，因此這裡我們大致認為每一個核心的大小是一定的。那麼，更多的核心就意味著更大的CPU。而並行計算，顯然需要各個核心之間進行信息交互，一旦CPU過大，各個核心間傳輸信息所需的時間就將大大增加，這最終將會抵消我們通過增加核心數所帶來的計算能力。

所以，處理器真正的未來，應該在超出傳統半導體的更新的物理。比如最近大熱的石墨烯電子學（Graphene Electronics），以及備受吹捧的量子計算機(Quantum Computer)，生物計算機（Neuromorphic
Computer），還有相對來說不那麼為人所知的自旋電子學（Spintronics）。但是，目前相關的研究主要還停留在實驗室之中，距離真正商業化應用還有很長一段時間距離。而且，從我個人理解，目前的這些研究方向，都有各自非常嚴重的問題。比如石墨烯，其最大的優點在於極高的電子遷移率，但是，由於其自身不過是單層或幾層的碳原子，它不可能自己構成一個器件。現在人們普遍的做法是將石墨烯與硅結合，希望能夠減少發熱。但這樣做，我們並沒有跳出傳統邏輯器件工作原理的範疇，更強的計算能力依然有賴於將更多的晶體管集成到同一晶元上，出於前文所述的原因，這一做法是行不通的。而量子計算機，目前真正具備計算能力的D-Wave是基於超導電子器件構成的。超導意味著什麼，超低溫! 好了，商業化的事情可以先放一邊了。而且關鍵的是，量子計算並非對所有演算法都更高效。的確，量子計算可以極大提升我們分解大質因數的速度，但是計算機需要處理的演算法多種多樣，如果只對幾類演算法有效，那必然難以民用。雖然目前進行的研究或多或少都有一些問題，但是其價值是不可否認的。而且我相信，隨著研究的不斷深入，量變必將引起質變，一種真正有效的、基於全新物理的計算方式將會出現。

二、
計算機架構方面

眾所周知，我們現在的計算機是基於von Neumann所提出的體系設計的。根據von Neumann的設計，計算機的處理器和存儲器是兩個獨立的部門。處理器好比加工車間，而存儲器則是倉庫。原材料從倉庫中首先被運送到車間進行加工，生產出的產品再被運送回倉庫儲存等待銷售。那麼問題來了，要是車間已經完成了對上一批原材料的加工，下一批還沒運到，怎麼辦？沒辦法，我們只能等著。如果這種情況不經常發生，等等也罷，但要命的是，在計算機中，這種情況出現的頻率極高。因為在很多情況下，我們需要根據CPU處理上一步指令的結果來決定下一步我們應該從存儲器中調用哪些信息。所以簡單來說，von Neumann體系決定了，整個計算機的運行效率由處理器和存儲器共同決定。要想計算機快，不光CPU得快，存儲器也得快，CPU和存儲器之間的「信息高速公路」也得快！而現在的情況是，CPU已經太快了，存儲器和「信息高速公路」只能望其項背。可以說，這嚴重限制了計算機的計算性能。

了解了這一點，我們也就明確了提升計算能力的方向：更快的存儲器或CPU、存儲器之間更快的信息傳輸。

針對更快的存儲器，傳統的做法是memory hierarchy ，也就是將數據分層儲存到cache、RAM和hard drive中，將最經常使用的數據儲存到速度最快、離CPU最近的cache中，剩下的數據根據需求儲存在RAM和hard drive內，這一方法的前提是程序運行的局域性（locality），而這一技術目前已相當成熟。在研究層面，目前光子存儲器（photonic memory）一個發展方向，即利用光子而非電子來儲存信息。人們提出的方法主要有慢光(slow light)器件，相變材料（phase transition material）器件等。這種方式也許可以通過光電轉換，與現有的電子計算機結合，從而提升存儲器的速度。或者更「激進」一點地說，如果我們能夠真正設計並製造出光子計算機，那麼光子存儲器顯然是必不可少的一部分。

至於更快的信息傳輸，目前進行的主要研究則是光互連（Optical Interconnection），即利用光學波導而非電子學中的Transmission Line來進行信息的傳遞。這一方法比較容易理解，但是存在一系列的技術障礙，在這裡就不詳細展開了。還有一種也許可行的方法，即打破傳統的直寫（Lithography）工藝的限制，發展3D納米加工的能力，從而將存儲器堆疊在CPU之上，縮短CPU和內存之間的距離從而減少信息傳輸所需的時間。隨著3D列印的發展，也許人類在不久的將來就可以利用3D列印做到這一點。

三、
總結

摩爾定律即將壽終正寢，但半導體行業將繼續發展下去。在未來，我們依然能夠從技術上提升現有的計算能力，但是這種嘗試註定只是細節層面的改進。真正影響半導體未來方向的，是新的基礎物理髮現以及市場需求。隨著新的基礎物理的發現，我們將有可能徹底顛覆傳統的計算方式。而隨著移動互聯網的迅猛發展，市場對於處理器也將提出更細緻的需求，晶元公司以往那種設計少數幾種晶元大量銷售的模式將被定製化的生產模式取代，這將對現有的半導體產業產生巨大的挑戰。而誰能更好的應對這種挑戰，誰就將贏得未來。

（原創內容，請勿轉載。時間原因，未添加參考文獻。同時出於簡單明了的目的，本文許多地方用詞、闡述不甚準確，還望諒解。）

謝邀

大概就是維持在一定Critical Dimension很久一段時間，然後更多精力聚焦在新材料的研發上吧，Ge，TMD，III-V等都算是現在研究的熱點。

新結構的話感覺胡正名2000年左右提的兩種結構（Ultrathin body和Finfet）依然會是器件結構的主流。

用憶阻器整合logic和memory，打破memory wall，管他什麼摩爾定律呢，我們要more than moore!

硅還要走很久，mos也還要走很久。量子器件，憶阻器，石墨烯還早的很，在他們成熟之前，大家玩兒3D吧

摩爾定律結束對從業者來說是好事不再每年大幅度的COST DOWN ，半導體產業成為汽車鋼鐵一樣的產業從業人數將保持總體穩定

這裡轉載一篇中科院物理所微信上的文章「摩爾定律已死半導體行業發展會停滯嗎？」

文章中提到了幾點：

1，摩爾的觀察並非基於任何科學或工程原理，僅僅反映了行業的發展趨勢。

只是在後來發展中，摩爾定律被當成了確定性的守則和保持競爭力的約定。隨著經濟成本的提高和散熱性能等一系列問題的加劇，摩爾定律日薄西山也是必然的。

2，半導體行業新路線圖。

摩爾定律的壽終正寢並不代表半導體進步的終結。新的路線圖不再專註於晶元內部技術，這種新方法被稱為「比摩爾更多」（more moore）。新的路線圖指出了半導體行業幾種並行的發展規劃：

a). 新的路線圖整合不同的製造工藝、處理不同原材料需要新的處理和支持技術。比如整合邏輯處理、內存電源、GPS、WiFi模擬、陀螺儀、加速計等MEMS器件。

b). 關注新材料。比如採用更快開關速度更低功耗的材料，石墨烯一直被看好著。

c). 一體化3D晶元。

d). 量子計算。雖然D-Wave量子計算機目前只能在低磁場、高真空、超低溫的情況下運行出來，但是其強大的計算速度還是為量子計算增添巨大吸引力。

題中第一篇文章也提到了，7nm工藝明年就可以搞出來，5nm的也正在研究，查一下度娘，20℃下硅的晶胞參數a=0.543087nm，10層原子下電子的量子效應會越來越難控制，摩爾定律剩的路不長了。但半導體行業還要前進啊，所以老美退出會議桌，自己跑去琢磨下一步的發展方向和規律，為的就是能在下一代革命中成為行業領導者和規則制定者。

至於說下一代，我覺得大方嚮應該在光上，最近西安光機所不是整了個新聞嗎：科學家首次在集成光子晶元上產生偏振糾纏光子對還有中科大的潘建偉，照現在看中國很有可能會在下一代光技術中大有作為啊

感謝您的邀請！

首先我不是這個行業的專業人士，對您造成的不便請多包涵～

我看了其他人的回答和評論，有點自己的小感受～都是不對題的，看過便感激不盡了～

提問的問題上說怎樣看待，用句套詞來說，積極看待～

雖然美國不知道發現了什麼新玩意，想獨立研究不與世界共享，但與其我們在這裡評論猜測，美國到底在研究什麼，不如多來發散下思維，自己尋找新的突破點來應對美國的壟斷。

舉一個很小的例子來比喻一下我們現在面臨的問題。

一個棒球棍，當它被創造出來的時候，它就是打棒球用的，但後來，這個棒球棍，因為它自身的一些特點，比如結實，順手什麼的。後來被用作武器，甚至到後來，一看到棒球棍，第一想法，這個就是打架用的。

也就是說，一件事物本身它並沒有特定的用途，你可以多方面去作用。我們不能被前人的框架框住，永遠記住凡事無絕對～

然而，我們再將剛才那個比喻用逆向思維再思考一遍。

也就是說如果這個棒球棍一被創造出來就是為了打架用的，但後來人們別出心裁創造出棒球這種運動。

這樣你再想想看，是不是又不一樣了～

假如說半導體並不是為了做什麼集成電路而存在的呢？

或者說，半導體之所以叫半導體。是因為它具有單項導電的特性。如果說半導體是為了其他的什麼而存在的呢？那麼，如果真的這樣的話，必然會有一種材料被埋沒～就像棒球棍一樣被用作了打架～雖然不知道美國在研究什麼，但道理應該差不多。

摩爾定律的存在而創始人卻並沒有提出它的極限，說明這創始人有另外的考慮，

當一切都失去了重點，我們要想想應該如何回到重點上。或許一錯再錯能讓我們有新的發現，但當這一條路已經開採殆盡的時候，我們就必須回到大路上尋找當初撇下的東西，進行新的開採～

說的這麼多，然而並不在正題，還請讀到的朋友見諒，您能讀完我已經很榮幸了～

最後還是感謝題主的邀請，雖然我並沒有幫您做些什麼～

謝謝邀請，雖然我現在不在半導體行業從業，大學時導論課已經說明，封裝的進步，會推動半導體技術的進一步發展。

如果量子計算機發展成熟，那將是另一種場景

是時候需要新的顛覆性的電路架構了

石墨烯可以解決這個問題，超越摩爾定律這個問題。

【Copy from 度娘】摩爾定律是由英特爾(Intel)創始人之一戈登·摩爾(Gordon Moore)提出來的。其內容為:當價格不變時，集成電路上可容納的元器件的數目，約每隔18-24個月便會增加一倍，性能也將提升一倍。換言之，每一美元所能買到的電腦性能，將每隔18-24個月翻一倍以上。這一定律揭示了信息技術進步的速度。

摩爾定律還是會持續一段時間的。第一、微加工工藝還在進步，溝道寬度還有減小的空間；第二、器件結構在不斷創新，如Finfet、3D等、各種新的存儲器件；最終單位面積內元器件數量還會增長一段時間，但總有一天挖到頭，下面只能開始挖盡si的性能，Si的性能被人類挖掘乾淨了，別忘了我們還有GaAs等材料，還可以光互聯，還可以CPU內存等集成、可以整合各種感測器，能耗在不斷降低，單機性能會不斷提升的，另外還有神乎其技的量子計算、自旋器件、還能炒作石墨烯，嗯林林總總的技術。

但是我可以肯定的說，硅技術不會被淘汰，上面說的所有多麼牛A的技術最終還是匯合硅技術集成。畢竟硅技術成本太低了。

摩爾定律已經變慢了，但人類在2025年以前應該能量產7nm工藝，5nm應該也能實現。之後就不好說了，可能會在架構上進行改進，畢竟這方面的空間也挺大的。至於從5nm工藝到量子計算機之間有多遠的路要走，我不懂量子力學，不敢妄加評論，不過據說難度不小。

謝邀~~~

摩爾定律終結，這個本來是早晚的事情。多年前大家狂熱的追cpu的頻率，有一天intel說頻率不再提高了，好像也沒有什麼對任何事情有驚人的影響~ 對於這個事情，很多人做了很多的預測，個人來看，比較同意的觀點：

1. 短期內，新材料、突破發展跟不上，應該是軟體來引領帶動硬體發展，硬體精雕細琢過程。

2. 遠期，新材料或者其他突破性發現跟上，新的領域出現。

謝邀，這種問題機靈都沒得抖，只是粗通醫用物理，出於禮貌冒個泡。三克油

摩爾定律不是一個自然規律，而是對持續創新的期望。

傳統工藝撞了牆，但計算能耗離資訊理論的理論極限還差十幾個到二十幾個個數量級，說明計算原理上仍然大有可為。

摩爾定律又不是定律。。。。。。。

誰知道呢，也許以後不是電腦，是光腦了呢！我覺得混合型的更好，高速計算的部分用光腦，存儲用DNA，搜索加密用量子，線路規劃之類的用粘菌。