——纪念摩尔定律50周年
加州理工学院教授Carver Mead(卡沃·米德)曾在早期致力于研究晶体管极小化领域,他作为摩尔的同事,也一直积极的支持摩尔定律。
他们两人在1960年首次会面,在摩尔定律50周年纪念日这天,他对IEEE光谱专栏负责摩尔定律纪念专题的副主编Rachel Courtland诉说了他同摩尔一起工作的经历,还有他对未来摩尔定律拥有不确定性的看法。
Rachel Courtland:你还记得首次和摩尔见面时的情景吗?
Carver Mead: 当然记得,这是一个非常有意思的故事。在我职业生涯的第一年,我还是加利福尼亚理工学院的助理副教授。有一天,我在实验室正忙着计算实验结果。有一个人优雅的走进了我的办公室并说到:“嘿,我是来自仙童公司的摩尔(笑)” 。但是当时我只知道仙童公司,并不知道什么摩尔。
随后我们握了握手,他介绍说他来大学的目的是为了招募一些工程师,并问我是否愿意研究一些晶体管,同时教授相关的课程。我说:“哦,这简直太棒了。”随后,他打开随身携带的公文包,拿出了一个袜子或者一件穿过的T恤还是什么。我很吃惊地看着他,他微笑地对我说,“我总是轻装旅行。”
在那之后,他又把手伸进公文包,拿出了一个鼓鼓囊囊的文件袋,对我说到:“这是2N697s”,我当然知道2N697s,它的表现不是非常完美,但是也不错。
然后他又拿出另一个装的更满的文件袋。说:“这个是2N706s”。2N706s是一个精致的小晶体管,它相当不错,经常被用在逻辑电路等方面。
我从来没见过这么多晶体管,当时我就震惊了。那时候,我们并没有充足的经费去研究这样的元件。我们经常研究的是那种花一美元就能堆满一个仓库的廉价晶体管。
对于一个学生来说,第一次就把如此昂贵的设备烧坏也不是什么容易的事情。
配备一些学生可以使用的廉价晶体管对我们不多的预算来说是很重要的一件事。
我们聊了一会,我对他说起我现在从事的研究。他说:“你为什么不来仙童公司开一个研讨会呢?”在成功举办研讨会之后,摩尔寻问我是否愿意成为他们的顾问,随后我就开始了每周的顾问工作。
每周我都能见到摩尔,他和我一样,每天都起得很早。当我早上七点到达仙童公司时,就能看见摩尔,所以在其他人来之前,我总能和他单独聊一会。
Rachel Courtland:我能想象摩尔在1965年发表的报告,他的一个突发奇想就成为了摩尔定律,它是凭空就产生的吗?
Carver Mead: 并不是这样的,在那之前他给过我一张复印形式的图表(显示元件数量随时间增加的图表)。看到这张图表时,我陷入了深深的思索,那时我正在研究晶体管内部的物理结构,同时还在研究一种叫做“电子隧道效应”的量子力学效应--电子超乎想象的穿过较薄的绝缘层。
当我在进行研究时,摩尔已经开始思考在一个芯片上到底能安放多少晶体管的问题了。一天,他对我说:“你正在研究的电子隧道效应是否会限制晶体管变小?”我说没错,他继续问到“那最小能到什么程度?”
我们(Mead和研究生Bruce Hoeneisen)得出结论,可以缩小晶体管到150 nm并降低其工作电压。当时还没有人设想过晶体管还能再缩小两个数量级。
在1968年,Mead已经开始研究晶体管缩小的可能性,并随后在1972年发表了一篇确定具体缩小程度的报告。
这时的人们已经开始意识到,限制晶体管缩小的因素,但这只是摩尔定律前进路上的一小步。
Rachel Courtland:至少从自然规律的角度来说,摩尔定律并不是一个真正的定律,那你是如何对大众解释摩尔定律的呢?
Carver Mead:在摩尔定律提出的早期,我经常需要对人们解释,摩尔定律并不是物理定律,而是根据人们需要而制定的。
为了其他技术也像半导体技术那样发展,许多精英也做了大量创造性的努力。
他们始终相信只要努力就一定可以取得成功,这样的信念,正是产生新事物的根本原因。
摩尔定律是人类非凡的宣言, 也是对未来的真正信念,人们愿意投入全部精力促使其成为现实。
Rachel Courtland:这样看来摩尔定律还包含其他的意义,它并不只是信念,而且还要服从物理定律。
Carver Mead:当然,对于明白怎样的物理条件会使摩尔定律失效以及摩尔定律失效本身的原因,都对我们很重要。
真正使我们惊奇的是,仅在硅元素的现有技术方面,我们就还有巨大的发展空间,我们只需要尽可能的使晶体管变得更小。
Rachel Courtland:关于硅元素,有什么让我们惊奇的吗?
Carver Mead:金属硅拥有一个特别稳定的晶体结构,在早期,这个特性非常重要,并且它本身就是已知的理想绝缘体。但是硅的半导体性能不是很强。
砷化镓的表现更好,但是它的绝缘性能过于稳定,当电场作用在它上面时,砷化镓不会有任何反应。
硅的这些性能组成使它成为一种很神奇的金属。但是,我们正在研究不使用任何半导体材料的电子设备。
再说得详尽点,为了使元件变的更微小更紧凑,硅元素仍处于十分重要的中心位置。
Rachel Courtland: 当摩尔定律失效时,会发生什么?
Carver Mead:我们不想在摩尔定律50周年纪念的时候,有类似摩尔定律将失效的悲观情绪环绕在其左右。
但实际情况是,盲目的制造更小的晶体管不会使摩尔定律永远延续。设计更复杂,功能更强大的电子系统也同样不会终结。
有非常多的电子领域人才一直在超越极限。比如,把光学技术和电子技术整合应用在同一个芯片上,这种叫做硅光子技术的工艺也刚刚起步。
根据我的经验,在学习曲线上停止前进的点,正是创造突破的关键。
突破点总是存在着的,但是仅仅有想法是不会产生任何突破的,只有当它变成令人兴奋的现实,你才能意识到它的存在。
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