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1965年摩尔在为仙童的发展做规划时，画了一张草图：纵轴代表芯片上的晶体管数目，横轴为时间，结果是很有规律的几何增长。这是一个对后来芯片行业极为重要的定律。该定律以3页纸的篇幅发表在1965年4月19日第35期《电子》杂志上，这是对半导体工艺、设计的复杂性，甚至半导体工业规模最准确的预测。
摩尔预言，芯片上的晶体管数目，将以指数形式增长，速度是每年翻一番，后来被修正为18个月，摩尔说在今后数十年内这种势头不会轻易改变。摩尔的预言，被后来芯片的发展得以证明，直到今天仍然有效，因此被人誉为摩尔定律。
摩尔定律的含义是：随着半导体产量和集成度的提高，成本会进一步降低。在当时技术条件下，芯片中集成的元件数量同单位成本成反比，如果芯片过于复杂，超出了当时生产条件的允许，那么单位成本会不降反升。
摩尔在论文中提到“各种技术发展迅速且趋于一致。当今许多参与集成电子的人认为，最终将各种方法结合起来，最大限度地利用每种方法，将每种方法用于特定应用，这将是未来的方式。半导体集成电路的倡导者正在利用薄膜的改进特性通过将这种薄膜直接应用到有源半导体基板上来制造电阻器，而那些提倡基于薄膜的技术的人正在开发用于将有源半导体器件连接到无源薄膜阵列的复杂技术。这两种方法都运作良好，并且正在今天的设备中使用。”
基于逐年晶体管数量表，预测半个世纪的进步
图 1 显示了 1962 年、1965 年和 1970 年估计的集成功能中每个组件的相对成本与每个集成电路的组件数量的关系图。
显然，这样的曲线只能是定性的，因为实际成本是特定电路规格的强函数。在这个复杂度相对较低的对数图中，每个组件的成本几乎与每个电路的组件数量成反比。这是等效封装中包含更多组件的等效半导体的直接结果。随着技术发展过程中任何给定点的复杂性增加，每个组件的最低成本都会达到，超过此成本的产量下降超过了对复杂性增加的补偿。估计目前每个组件的最低成本就在附近每个电路 50 个组件 整个曲线下降时，最小值正迅速向更高的复杂性发展。底部曲线表明，在每个电路 1000 个元件数量级的电路中，五年内每个元件的最低成本可能会达到预期，前提是可以发现此类电路功能可以以中等数量生产。在这种情况下，每个组件的制造成本预计至少比目前低一个数量级。
图 2 显示了与每个组件的最低成本相对应的电路复杂性的外推。
该图上的第一个点对应于第一个平面硅晶体管的制造，这可以被认为是当前半导体集成技术的起点。最低组件成本的复杂性以每年大约两倍的速度增加。当然，在短期内，如果不增加的话，这个速度预计会继续下去。较长期的外推有点模糊，尽管没有明显的理由在曲线与图表顶部相交之前停止曲线。这条曲线是故意用一个相当模糊的单位作为纵坐标绘制的，这样可以理解历史数据的外推逻辑，而不会混淆所暗示的绝对数字。
摩尔如何解决摩尔定律？
事实上，顶部对应于每个集成电路大约 65000 个元件。人们必然会质疑这种复杂性的集成阵列的合理性。首先，即使忽略良率，这么大的电路可以在单个晶片上制作吗？其次，对现有能力的任何合理推断是否与这种复杂性兼容？第三，这样的功能产生的热量是否可以去除？
对此摩尔提出观点，使用提供必要灵活性的封装和互连技术从较小的功能构建大型系统可能在经济上更为合理。大型功能的可用性以及功能设计和构建的可能性应该对大型系统的制造商产生非常重要的影响，使他们能够快速且经济地设计和构建各种设备。
就实现大功能的技术而言，存在多种可能性，其中任何一种都能够发展到使这些阵列可行的程度。目前尚不清楚其中一个是否会占主导地位，或者是否会采用组合。 一种可能性是继续要求阵列中的每个组件都是好的，以便阵列可以接受。这种方法最大限度地依赖于处理。 另一种方法是测试注定要连接的较小的子单元。
就其本质而言，这些元素需要将能量存储在一个体积中。对于高 Q 值，体积必须很大。大体积和微电子的不兼容从术语本身就很明显了。某些共振现象，例如压电晶体中的共振现象，可以预期在调谐功能方面有一些应用，尽管电感器和电容器将伴随我们一段时间。未来的集成射频放大器很可能由集成增益级组成，以最小的成本提供高性能，并穿插相对较大的调谐元件。
其他线性功能也将受益匪浅。集成结构中类似组件的匹配和跟踪将允许设计性能大大提高的差分放大器。使用热反馈效应将集成结构的温度稳定到一小部分，将允许构建具有晶体稳定性的振荡器。
即使在微波领域，包含在集成电子定义中的结构也将变得越来越重要。与所涉及的波长相比，制造和组装组件的能力将允许使用集总参数设计，至少在较低频率下是这样。目前很难预测集成电子设备对微波区域的入侵范围有多大将会。使用多种集成微波电源成功实现相控阵天线等项目可能会彻底改变雷达。这样的系统是一种明显的可能性。
摩尔在57年前曾预言“集成电子技术将使电子技术的优势在整个社会中得到普遍应用。虽然主要影响将在数字设备上，并将导致数字电路技术的广泛使用，但所有电子产品都将受到强烈影响（strongly effected）。”
多年来，规模复杂性推动了摩尔定律和半导体行业的指数级技术增长。摩尔定律不同于牛顿运动定律，但自从1975年它被证明正确后，半导体制造商一直在努力延续这一定律。
本质上来说，摩尔定律更像是仙童和英特尔的发展战旅，是一种以规模降低成本、提高效益和竞争力的模式。但摩尔定律辉煌的57年，更展现了引领芯片产业发展的创新精神。
作者：半导体产业纵横编辑部
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