摩爾定律還在運(yùn)行嗎？

關(guān)于作者--SiTime樣品中心

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摩爾定律（Moore’s law）預(yù)測(cè)，集成電路（IC）中封裝的晶體管數(shù)量將每兩年翻一番，而計(jì)算成本將減半，這一預(yù)測(cè)具有顯著的長期性。1965年，當(dāng)英特爾聯(lián)合創(chuàng)始人兼名譽(yù)主席戈登·摩爾（Gordon Moore）做出這一大膽的觀察時(shí)，很少有人會(huì)想到，最先進(jìn)的微芯片有一天會(huì)包含10億個(gè)以上的電路。50多年來，由于電路不斷縮小，計(jì)算設(shè)備一年又一年地穩(wěn)步地變得更小、更快、更便宜。

但摩爾定律與物理定律背道而馳。領(lǐng)先的鑄造廠和芯片制造商正在達(dá)到工藝技術(shù)的物理極限，至少我們今天知道這一點(diǎn)。從7納米（nm）遷移到5納米及更小的節(jié)點(diǎn)變得非常困難，成本也非常高。集成電路性能、密度和成本降低方面的收益現(xiàn)在是遞增的。隨著摩爾定律的不斷發(fā)展，通過多核體系結(jié)構(gòu)、軟件、人工智能和機(jī)器學(xué)習(xí)、互連、封裝和材料科學(xué)的進(jìn)步，計(jì)算能力和效率將實(shí)現(xiàn)有意義的飛躍。

同時(shí)，摩爾定律對(duì)于獨(dú)立于5nm技術(shù)制造的其他類型的半導(dǎo)體器件仍有余生，包括那些包含模擬電路或根本沒有晶體管的器件。硅基微機(jī)電系統(tǒng)（MEMS）硅晶振就是一個(gè)很好的例子。

晶振是電子系統(tǒng)的心跳，傳遞準(zhǔn)確、穩(wěn)定的信號(hào)——就像人類的心跳一樣——為系統(tǒng)中的所有數(shù)字組件提供參考。定時(shí)裝置包括無源諧振器、有源振蕩器、集成時(shí)鐘發(fā)生器和緩沖器，每一個(gè)都為系統(tǒng)提供不同的功能。晶振內(nèi)部有兩個(gè)基本部件：以共振頻率振動(dòng)的諧振器和將這些振動(dòng)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)并進(jìn)行分配的模擬IC。這些組件組合在一個(gè)封裝系統(tǒng)（SIP）設(shè)備中，以形成一個(gè)集成的定時(shí)解決方案。

大多數(shù)諧振器都基于石英晶振，在制造過程中需要精確切割才能達(dá)到所需的諧振頻率。雖然石英是一種成熟、廣泛使用的技術(shù)，在電子行業(yè)已經(jīng)服務(wù)了70多年，但它也有一些局限性，如尺寸、易碎性、對(duì)機(jī)械應(yīng)力的敏感性，以及隨時(shí)間和溫度的老化效應(yīng)。此外，由于這些固有的限制以及制造和包裝限制，摩爾定律不適用于石英技術(shù)。

摩爾定律是由半導(dǎo)體制造業(yè)的進(jìn)步實(shí)現(xiàn)的，每一代新工藝技術(shù)，尤其是光刻技術(shù)，都會(huì)增加晶體管密度。相比之下，MEMS的進(jìn)步并不是源于工藝制造，而是源于MEMS技術(shù)和IC設(shè)計(jì)的創(chuàng)新。雖然摩爾定律不直接適用于硅MEMS定時(shí)器件的設(shè)計(jì)和制造，但從石英遷移到MEMS硅晶振的好處是可比的：能夠擴(kuò)大生產(chǎn)規(guī)模，實(shí)現(xiàn)指數(shù)級(jí)更小的尺寸、更低的成本和更高的性能。

與摩爾定律使晶體管密度加倍、功率減半的原理類似，基于SiTime MEMS的硅晶振每一代都在不斷改進(jìn)關(guān)鍵計(jì)時(shí)指標(biāo)。

近年來，硅基MEMS技術(shù)已成為石英諧振器的一種優(yōu)越替代品。與石英諧振器相比，基于硅MEMS的諧振器在技術(shù)和設(shè)備性能方面正在經(jīng)歷指數(shù)級(jí)的改進(jìn)，從而實(shí)現(xiàn)了更高的性能、更低的功耗、更小的尺寸和更好的可編程性。在惡劣環(huán)境中，包括不斷變化的溫度、沖擊和振動(dòng)，它們通常也更堅(jiān)固可靠。

由于這些原因，基于SiTime MEMS的計(jì)時(shí)解決方案正在廣泛的市場(chǎng)上迅速取代石英，包括消費(fèi)電子、物聯(lián)網(wǎng)、計(jì)算、5G基礎(chǔ)設(shè)施、工業(yè)自動(dòng)化、汽車和航空航天防御。今天80億美元的計(jì)時(shí)產(chǎn)業(yè)從石英到硅MEMS技術(shù)的轉(zhuǎn)變速度有多快？

時(shí)間會(huì)證明一切。

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