在最先进的芯片中，晶体管和病毒一样小，大约50-100纳米(一纳米是百万分之一毫米)。在本文中，我们将看到晶体管的尺寸是如何从1959年集成电路(IC)的发明发展到今天的。

　　摩尔定律，一个自我实现的预言

　　1965年，英特尔创始人戈登·摩尔发表了一篇著名的文章，这篇文章成为多年来的预测：集成到芯片中的晶体管数量每两年翻一番。这篇文章是电子学史上真正的宝藏，可能是这一科学技术分支后续发展中最具影响力的文章之一。下图展示了摩尔在其著名文章中的形象。

　　数学的这种增长有一个名字：指数定律。从那时起，IC或芯片中晶体管数量的增加(它们是两个常见的术语)就遵循了这一趋势，这在电子世界被称为摩尔定律。

　　这一预测已成为微电子行业的“自我实现的预言”，制造商每年都坚持要实现它。当然，这不仅仅是实现预测，而是寻求(和发现)趋势的好处，这对行业来说几乎是一项“神圣的使命”。当你阅读摩尔的文章时，你会惊讶地发现，他在文章中做出的预测不仅成真了，而且在半个世纪的时间里年复一年地实现了。在任何其他工业部门，都不容易找到像这次这样确定的预测“追逐”。

　　因此，自20世纪50年代末发射以来，IC在未来几年经历了前所未有的增长，最初是由美国的太空计划和军事工业推动的。越来越多的晶体管正在制造中。如果第一个集成电路集成了数十个晶体管，那么几年后市场上将有数千个集成电路。如今，有数十亿个晶体管集成电路。

　　由于其制造工艺的巨大发展，IC中的晶体管数量可以显著增加。微电子中使用的工艺让人想起汽车的大规模生产，因此可以在单个硅半导体芯片上同时复制大量相同的完整电路。该工艺主要包括在硅表面印刷多个几何图案，这允许定义构成它的每个器件，然后选择性地沉积各种绝缘和导电材料，以正确互连不同的组件。在集成电路制造中真正的瓶颈技术——光刻的帮助下，这一切都是可能的。

　　摩尔定律的真正含义是什么?

　　为了更好地理解摩尔定律的含义，想象一下读者回到过去。到1971年，我打算在一个可容纳2300人的礼堂里听歌剧。晶体管的数量与当年英特尔制造的第一台微处理器4004完全相同。如果礼堂的容量遵循摩尔定律，但如果它在1982年占据和恢复的空间不变，13.4万人将聚集在同一个场地——相当于一个大型足球场的容量和英特尔286处理器的容量。许多年后，在2000年，礼堂可以容纳东京的全部人口——3700万人，晶体管数量与最新版本的英特尔奔腾III处理器相同;如果试镜在2011年举行，它将遇到1.30亿人——中国的总人口或英特尔酷睿i7处理器版本中的晶体管数量——如果他们参加2019年的活动，观众人数将达到74亿，即整个地球的人口——以及内置于IBM Z13存储控制器中的晶体管数量。最后，如果试听在2021年举行，容量将相当于两个地球，因为它必须聚集150亿人，也就是仿生15处理器(配备新iPhone 13)的晶体管数量。如下图所示。整个星球的人口，以及IBM Z13存储控制器中内置的晶体管数量。最后，如果试听在2021年举行，容量将相当于两个地球，因为它必须聚集150亿人，也就是仿生15处理器(配备新iPhone 13)的晶体管数量。如下图所示。整个星球的人口，以及IBM Z13存储控制器中内置的晶体管数量。最后，如果试听在2021年举行，容量将相当于两个地球，因为它必须聚集150亿人，也就是仿生15处理器(配备新iPhone 13)的晶体管数量。

　　严格来说，芯片面积多年来也略有增加，但比例要小得多。例如，Intel 4004占用12mm²(3mm x 4mm)，而仿生a 15的表面积为107.7mm²(8.58mm x 12.55mm)，因此晶体管的比例乘以6870.000.面积为9.

　　我们需要把晶体管做得越来越小

　　在芯片上集成越来越多的晶体管意味着减小其尺寸，这带来了优势，但代价是增加了制造工艺的复杂性。芯片越小，晶体管本身就越小。同时，无论每个晶片可以获得多少芯片，处理晶片的成本大致保持不变。这意味着减小晶体管的尺寸将导致更便宜的芯片。或者，芯片可以保持相同的尺寸，以便内部有更多的组件。这使它更强大，但并不昂贵。最重要的是，减小晶体管的尺寸可以在不增加功耗的情况下提高其性能。换句话说，芯片制造商有强烈的动机减小晶体管的尺寸。这就是他们在过去几十年里一直在做的事情，芯片上的晶体管数量从数千个增加到数十亿个。对于晶体管来说，这是一个非常小的尺寸。下图显示了一个这样的晶体管。

　　为了理解这种小尺寸意味着什么，想象一下，我们用集成晶体管扩大芯片的尺寸，直到它与马德里社区占用的面积(8000平方公里)相似。在这个尺度上，每个晶体管将占据或面积。5平方米，相当于一台直径40英寸的电视的屏幕面积。

　　结论

　　普渡大学教授Mark Lundstrom于20世纪70年代开始在芯片行业工作。他在2003年为《科学》杂志写了一篇文章，预测摩尔定律将在2015年达到其物理极限。Lundstrom说，在他的职业生涯中，他曾多次想过，“好吧，一切都结束了。”他记得1975年参加了他的第一次芯片制造会议。用他的话说，“一个叫戈登·摩尔的人发表了演讲。他在科技界很有名，但没有人知道他是谁。我记得他的演讲。”很快我们就可以在芯片上安装10000个晶体管。一万个晶体管在一个芯片上能做什么?摩尔说

　　如今，市场上有150亿个晶体管。你的设计师和制造商能用它们做什么?