影響半導體產業一甲子的「摩爾定律」（Moore's Law）

英特爾(Intel)共同創辦人摩爾(Gordon Moore)在1965年提出著名的「摩爾定律」(Moore's Law)，將近60年來，這條定律準確預測了半導體產業的發展趨勢，至今仍是高科技産業的準則，也奠定數位發展時代的基礎。

摩爾定律成為半導體製程技術推進速度遵循依據 

英特爾(Intel)共同創辦人摩爾(Gordon Moore)於3月24日逝世，他提出的「摩爾定律」（Moore's Law）影響半導體產業近一甲子，立下了電子工業進步的度量標準。

1965年，時任快捷半導體研發主管的摩爾(Gordon Moore)在《電子學》(Electronics)雜誌上發表論文時提到，積體電路發明以來，由於科技進步，積體電路上可容納的電晶體(Transistor)數量大約每年會增加1倍。1975年，被加州理工學院工程學系教授米德（Carver Mead）命名為「摩爾定律」。後來修正為積體電路上可容納的電晶體數量約每18至24個月便會增加1倍，摩爾定律也成為半導體製程技術推進速度的遵循依據，預測電腦運算能力將在數十年間穩定成長。

電晶體體積不斷縮小、成本降低、效能提高 

根據摩爾定律，半導體業的製程與技術，每隔18～24個月就會進入至下一個世代。就是晶片上可容納的電晶體數量，每兩年變成2倍，這也就意謂電腦的運算速度每隔兩年會變成2倍；同樣運算速度的晶片價格每2年會變成二分之一。電晶體的體積不斷縮小，成本得以降低，效能得以提高。

因此，半導體業者必須不斷以競爭對手無法跟上的速度與資金投入研發，才能趕上摩爾定律每18～24個月就得進入下個世代的進程，以防落後競爭對手。這套經驗法則，成為半導體製程技術推進速度的遵循依據，不斷推進半導體業的高速發展，成就了當前的半導體巨人，如英特爾與台積電。

摩爾定律帶動科技持續創新，也改變人類生活面貌 

摩爾定律影響無所不在。半導體產業大致按照摩爾定律發展了半個多世紀，摩爾定律貢獻整體電子科技產業，驅動一系列科技創新、生產效率的提高。隨著半導體成本下降及效率提高，半導體將更廣泛滲透日常生活的各個層面，帶動了個人電腦、智慧型手機、平板電腦、汽車、娛樂系統和應用程式等等數位科技持續創新。半導體持續優化我們的日常用品，也驅動社會改革和經濟成長貌。依循摩爾定律發展的半導體，改變了人類生活面貌。

摩爾定律是否走到盡頭？ 

隨著半導體高階製程更趨微細化，逐步進入下一世代2奈米階段，部分看法認為摩爾定律推進速度趨緩、甚至有「摩爾定律已死」的說法。會有此說法是因為當製程技術來到奈米等級，電晶體裡的原子數量開始愈變愈少、科技逐步走進量子層級，近年效能進展逐漸放慢，專家預測摩爾定律終將會迎來尺寸微縮的物理極限。

NVIDIA 執行長黃仁勳於 CES 2019 展會上，明確指出「摩爾定律結束了。」甚至摩爾本人也在 2005 年發出聲明表示「摩爾定律已死」，並預言未來 10 到 20 年內，也就是最晚於2025年將抵達極限。但NVIDIA 執行長黃仁勳也表示，人工智慧（AI）將能夠克服摩爾定律已死的困境。

不過，包括台積電、英特爾、超微等均認為，摩爾定律仍然有效。在 2019 年台積電運動會上，創辦人張忠謀以「山窮水盡疑無路，柳暗花明又一村」來形容摩爾定律的發展，並認為在5G、物聯網與人工智慧（AI）等三項改變世界的新技術之下，足夠摩爾定律發展。台積電強調，包括TSMC-SoIC等先進封裝技術，不僅提供延續摩爾定律的機會，且在SoC效能上取得顯著的突破。

英特爾執行長基辛格（Pat Gelsinger）也曾反嗆，「摩爾定律還活著，而且還活得很好，而且至少未來10年仍有效」。英特爾的做法是透過先進製程及結合在電晶體架構RibbonFET及PowerVia等兩大創新技術，配合2.5D或3D先進封裝來達到延續摩爾定律。

超微董事長蘇姿丰認為，摩爾定律的推進雖受物理極限限制，但在創新晶片架構、異質整合平台、小晶片（chiplet）系統級封裝等創新方法下，就可以在製程微縮情況下，帶來更多的效能提升或功耗降低，讓摩爾定律持續有效。

半導體研究機構比利時微電子研究中心（imec）也認為摩爾定律推進仍有效，未來十年仍可維持每二年微縮一個製程節點的速度前進，預期2026年將進入埃米（angstorm）時代，2032年透過電晶體結構創新可進入5埃米。

摩爾定律後的下一個成長機會：超越摩爾定律 

3奈米以下製程幾乎達物理極限，須用新方法或材料提升晶片效能。因此為延續摩爾定律，發展出「超越摩爾定律（More than Moore）」。

為了規避物理極限，「超越摩爾定律」成為業界一致努力研究的目標。製程微縮做不到的事，改用積層型三維積體電路(monolithic 3DIC)堆疊技術來達成，以蓋樓(立體)三維乘上三維的製造模式，由眾多小晶片湊在一起，再堆疊成為一個超級晶片，進而提高單位面積的元件數量及整合不同功能元件，使得製作成本下降，且金屬導線連線距離縮短，減少電子訊號的延遲，更能滿足半導體下一波殺手級應用 - 物聯網晶片與人工智慧晶片的高速、省電需求。為此，台積電曾成立「超越摩爾辦公室」。

美商超微（AMD）總裁暨執行長蘇姿丰於2021年6月強調，採用台積電3D矽堆疊及先進的封裝技術（3D Fabric），所完成的3D小晶片（chiplet），也是台積電這項技術首家導入廠商。超微將透過3D chiplet技術，持續領先業界的IP和對尖端製程與封裝技術的投入，再加上先進封裝的突破，未來生產出來的3D小晶片，功耗更低、效能更強。

期望借助「超越摩爾定律」進化半導體產業 

當摩爾定律走到極致，全球各晶圓代工廠，包括台積電都必須進化。半導體業界目前正在探索各種可能性，突破點包括 EUV（Extreme Ultraviolet）曝光技術、先進封裝技術、晶片結構從 2D 走向 3D，甚至是量子現象的二次介入等，許多驚豔的創新都正在發生中。

半導體巨頭們正戮力克服物理極限為摩爾定律帶來的挑戰，希望能延續甚至「超越摩爾定律」（More than Moore），讓整個半導體產業能繼續以每兩年推進一個世代的速度，持續下去。

(資料來源: 經濟日報、聯合報、中央社、科技大觀園、Yahoo奇摩股市、工商時報、關鍵評論網)