【“摩爾定律”並不會失效，會繼續保持，傳統的半導體材料已經無法突破晶片的技術屏障，光晶片才是未來發展發向】

1奈米相當於一根頭髮絲直徑的六萬分之一大小，一顆晶片上至少有上百億個電晶體，且一般來說電晶體的數量越多，效能就越強。

為了在讓晶片擁有更強大的處理效能，在單核不能滿足使用的情況下，多核心技術被廣泛應用。核心數量增加會帶來更大的功耗，體積也會相應增加。這個時候只能通過將電晶體做的越來越小，同體積下的晶片就能存放更多的晶體管了，做更多的運算了。

由上海交大金賢敏團隊通過飛秒鐳射直寫技術製備了節點數多達49×49的三維光量子計算晶片。這種世界最大規模的光量子計算晶片，使得真正空間二維自由演化的量子行走得以在實驗中首次實現，並將促進未來更多以量子行走為核心的量子演算法的實現。

這也代表著未來我們被美國晶片卡脖子的時候就要結束了。

    晶片發展到2nm，摩爾定律失效，晶片工藝停滯不前，那麼中國有足夠的時間追趕西方先進技術，甚至實現彎道超車嗎？下文具體說一說。

    科普：製程工藝

    首先，我們要了解什麼是製程工藝，所謂的7nm、5nm指的是什麼，比拇指還小的晶片集成了上百億的電晶體，這些電晶體長什麼樣子。單個電晶體的結構如下圖所示▼。

    半導體的工藝極限

    摩爾定律：積體電路上可容納的電晶體資料，每隔兩年都會增加一倍。雖然摩爾定律持續到了2020年，不過，自從2013年開始，CPU製程已經放慢了技術更新的腳步，之後的時間裡，電晶體數量密度每三年增加一倍。

    矽基半導體發展的60年中，10nm、7nm、5nm、3nm，甚至是2nm都被當做矽基工藝的極限，現在看來一步一步都被突破了。臺積電的研發負責人說“半導體的工藝極限可能是0.1mm，也就是氫原子的尺度，要到2050年才能實現”。

    1nm之後的工藝可能是矽基半導體的終結，再往下就要換材料了，比如奈米管、碳奈米管等，早在2017年，IBM的科研團隊在實驗室環境中就造出了1nm電晶體，採用了碳奈米材料。

    目前，中國最先進的光刻機是上海微電子的90nm光刻機，與荷蘭的ASML的最先進的7nm EUV光刻機有至少15年的差距。中國大陸的晶圓代工廠中芯國際，高階光刻機仍然來自於荷蘭ASML，在代工晶片是受到了諸多限制，不能代工軍用晶片、不能代工中國產自主可控晶片等等。因此，只有實現了光刻機技術的突破，才能避免被“卡脖子”。

從經濟學角度來看，摩爾定律只要有錢燒肯定就不會失效，從科技角度來看，科技是推動社會發展的第一生產力，只會不斷的向前發展，所以摩爾定律不會失效，肯定還會有新技術等待突破。

晶片製程工藝從90nm到現在的7nm可以說一直是遵循著摩爾定律，而在這之前，就連當時提出提出了摩爾定律的戈登·摩爾本人，都認為摩爾定律將在2020年左右失效。但現狀是臺積電已經著手準備生產5nm的晶片了。

這裡有一個簡單的物理定律就是，當晶片再想成倍縮小時，晶片上的設計元素就和10個獨立原子差不多大，電子會變得非常不穩定，或許可以將晶片做到0.1nm，但是能不能正常工就很難說了。

所以，如果想把晶片做的更小的話，唯一的突破點就是材料。工藝製程突破物理極限之後，再想尋求新的製造技術就不能單純的從電晶體上做文章了，畢竟已經小到了2nm。在這樣的情況下，只能從材料上入手，通過改變材料從而改變特點，進而再有所突破，而在2nm之後，可能會開始運用其他新材料，如石墨烯，矽烯等黑科技材料。

即使晶片矽工藝將走到盡頭，未來仍可能有多種替代方案來接替矽的位置，並使摩爾定律繼續延續下去，但就現在而言，究竟哪種材料會首先接替矽的位置，暫時還有待考證。

2nm，2奈米，相當於2乘10負9次方米。

2nm晶片是指光刻機每次曝光時留下介質層的間距，不是指整個晶片大小隻有2nm。例如如果用7nm的光刻機，要實現2nm的晶片，需要最少曝光4次。

摩爾定律：是指當價格不變時，積體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，效能也將提升一倍。換言之，每一美元所能買到的電腦效能，將每隔18-24個月翻一倍以上。這一定律揭示了資訊科技進步的速度。

儘管這種趨勢已經持續了超過半個世紀，摩爾定律仍應該被認為只是觀測或推測，而不是一個物理或自然的法則。預計到2020年（今年）之後，隨著光刻機技術的提高，摩爾定律將被顛覆，也許6-8個月或者更短4-6個月，晶片可容納的元器件的數目就會翻一倍。

從理論上說，可以做到1nm的晶片或者更小，但是成本會成倍增加。例如如果用7nm的光刻機實現1nm的晶片至少要曝光7次，而晶片的成本主要取決於曝光次數。所以2nm的晶片是成本和技術比較合理的一個匹配關係，但不是技術的瓶頸或極限。

摩爾定律是什麼？如果瞭解了這個內容，對於我們瞭解摩爾定律是非常有必要的，也對於瞭解到底摩爾定律是不是“自然法則”有很重要的理解。

摩爾定律非自然法則，我們需要知道的是，摩爾定律是——

當價格不變時，積體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，效能也將提升一倍。

但是，我們原以為它是自然法則，實際上它是一種價格規律，並非是自然法則。甚至於它是某個階段的價格規律，並非是一塵不變的，不可改變的法則。可是，就演算法則，依然可能被打破，比如牛頓的力學和愛因斯坦的相對論，實際上就是一種打破和被打破的關係。

我們以臺積電為例，臺積電目前已經在進行5nm工藝製程生產，並且臺積電方面表示，已經開啟2nm工藝研發，預計4年後也就是2024年問世，並且3nm將在2021年市場，2020年量產，0.1nm在預計在2050年投產。

但是，我們也需要時代的變化，比如我們長期所說的工藝水平的XXnm說法並不準確，電晶體柵極的影響也不僅僅是工藝製程這一塊了，它更多的是多種內容相關了。

技術方面的摩爾定律。這裡面有物理定律的發揮作用，講的是摩爾定律大致體現了積體電路容納的電晶體數目，18個月約增加1倍。由於臺積電在2nm之後會怎麼走，沒有確切訊息。部分人認為2nm是物理極限，標誌著摩爾定律的消失。不過這種假設都是立足於同等材料矽晶體，如果今後換做石墨烯、矽烯等新材料，摩爾定律可能又會回到新起點，重新奏效。

成本方面的摩爾定律。大致是說，每18個月晶片的運算效能提升一倍，成本或者價格會降低一半。這個角度的摩爾定律是必然的，晶片技術進步與普及，需要廉價，這是其生存的根本條件。萬物互聯，晶片會搭載於眾多終端，芯片價格會不會像雷軍說的像沙子一樣？

摩爾定律關鍵要看效能。晶片所搭載的終端效能有用，是摩爾定律延續的根本原因。目前手機效能過剩，就會有新的技術和應用出現，帶動使用者購買，倒逼晶片進步。隨著人工智慧等技術嵌入晶片，摩爾定律的內涵可能會發生變化。反正，如果晶片技術停滯，摩爾定律關於技術與成本的考慮，就缺乏參考價值。

摩爾定律在英特爾上就已經失效了，所以才有了新摩爾定律。

3奈米可能就是物理極限了，再往下可能需要新材料

當年桌面cpu單核效能達到瓶頸，出現了雙核

第一，摩爾定律失效是必然的事情，因為這不是一個物理規律，只是一個市場規律，那麼隨著研發投入越來越高，晶片工藝越來越接近物理學基礎領域，必然會出現牽制效應，基礎學科先行的條件是一定會存在的，而工業的應用會被基礎學科攔在後面也不是什麼奇怪的事情。

第二，晶片還是會發展，之所以受阻是因為量子效應以及光刻本身的限制，但是以後也可以放棄光刻，就像當初放棄化學制版一樣，手段可以更新換代，量子技術也會成熟以及應用，所以晶片技術還會進一步發展。而且目前已知的另一條路是3D晶片，這個領域的探索還相當前期。

要回答這個問題，首先得搞清楚，什麼是摩爾定律。

摩爾定律的大意是：在價格不變的情況下，積體電路上容納的元器件數量，在18～24個月增加一倍，效能也提升一倍。換句話說，就是每一美元所能買到的電腦效能，在18～24個月翻一倍或一倍以上。

但實際情況是，在2013年的時候，這個摩爾定律就已經失效了，因為在那一年不僅電腦價格，連同晶片更新速度都變慢了。

目前，晶片最新技術是3nm，理論上說，傳統矽材料半導體再深挖單位面積上可以容納的電子元件，已來到天花板，空間不大。

所以，未來再有突破，必須翻越眼前天花板，從材料到製造環節全面突破，否則，不可能成倍提升單位面積容納電子元件的數量。

從7奈米到5奈米，再向2奈米，甚至更細微的工藝，難度就越大，還可能遇到瓶頸。每向瓶頸一點點研發的難度可能成倍百倍萬倍的增加，研發的成本更是不可想象。如果可以有更加創新的想法，說不定突破瓶頸也不是不可能。比如開發石墨烯晶片，量子晶片，等等。需要所有科學家共同想辦法，彎道超車，突破瓶頸。目前最新工藝是5奈米。能否突破2奈米用於商用還真不好講。我估計奈米這個數量級1-2奈米應該已經是到工藝極限了。想要突破1-2奈米這個極限可能就難了。