晶体管数量越多，构成的逻辑电路越多，我们能同时运算的数字就越多，从而构成越快的集成电路，这就是大规模乃至超大规模集成电路诞生的原因。
集成电路内部晶体管，图片来源：维基百科
通过以上描述你可以发现，相同芯片架构下，晶体管的数量其实决定了芯片的性能。那如何实现单位面积芯片晶体管数量翻倍呢？答案其实很简单，将每个晶体管面积变为原来的 1/2。
早期芯片只有二维排列，将晶体管看成一个长方形，只要它的长和宽都缩小为原来的 0.7 倍，0.7 x 0.7=0.49，就可以实现单个晶体管面积缩小为原来的一半了。晶体管的长和宽变为原来的 0.7 倍，其栅极长度自然也会变为原来的 0.7 倍。
什么是栅极？栅极在晶体管中的作用类似于栅栏，它可以拦住电子，也可以让电子通过。它的功能就是通过调节栅极的电流，以实现调节流过晶体管的电流强度的作用。
栅极其实是晶体管功能的核心所在，因此科学家选择将最小栅极长度作为衡量工艺进步的标准，这就是商业宣传中常说的芯片制程。这下你应该知道为什么手机厂商宣传的芯片制程（从 14 纳米、10 纳米到 7 纳米再到 5 纳米），每次进步都是按照 0.7 的比例缩小了吧。
当然，由于晶体管的三维堆叠技术的发明、芯片频率的进步和物理极限等原因，现在的芯片已经"卷"不动晶体管数量了，也无法实现摩尔定律的晶体管翻倍定律。所以英特尔才无奈地将摩尔定律改为"性能提升一倍"。所谓芯片制程也变成了一种象征意义，为了遵循摩尔定律所创造的营销方式，不再代表实际芯片的最小栅极长度了。
半导体行业历经半个多世纪，都在按照摩尔定律发展。从第一枚商用芯片的 2250 个晶体管，到现在一枚小小的 CPU 包含的数百亿个晶体管，都是万千工程师智慧的凝结。半导体厂商越来越"卷"，晶体管数量越来越多，芯片效能不断提升，价格自然也降低了。现在你能享受到互联网和智能手机等技术的快速变革和创新，都离不开人类对摩尔定律的坚守。
3、摩尔定律要消失了吗？
可惜的是，随着新工艺节点的不断推出，工艺制程也在一步步向着物理极限逼近，导致摩尔定律无法持续。
对于摩尔定律达到极限的原因，可能你听的最多的就是量子隧穿效应。晶体管如果持续缩小，甚至可能到达几个原子的尺寸。在这个尺度下，量子效应会大大增强。这时，不需要给栅极施加电流，某些电子就可以直接从发射极直接流向集电极，这意味着晶体管的功能受到很大削弱，会导致非常严重的后果。
为了能继续减小栅极大小，人类也提出了各种解决手段，例如将栅极材料替换成高介电材料，以防止电子的穿透。或者将栅极做成类似鱼鳍的叉状 3D 架构，用立体结构取代平面器件来增强栅极的控制能力，以减小量子隧穿对芯片的影响。
但这些方法都只是"缓兵之计"，如果没有材料学上的突破性进展，随着晶体管数量的增加，生产成本会不断增加，晶体管的性能提升也会遇到瓶颈，终有一天摩尔定律会"死去"。
有预测认为，摩尔定律的极限将在 2025 年左右到来，但也有乐观的人认为还能持续更久。这几年，随着 AI 时代的到来，关于摩尔定律已死的讨论越来越多，其实摩尔本人也预见了摩尔定律失效的那一天。
早在 2015 年，摩尔接受采访时就表示：摩尔定律不会永远有效，但如果良好的工程技术得到应用，那么摩尔定律仍然可以坚持 5 到 10 年时间。有趣的是，英特尔并不赞同老领导的观点，他们经常在公开场合表示：摩尔定律"活得很好（Alive and Well）"。
虽然晶体管数量的增加趋于平缓是不争的事实，但是各大厂商为了能跟上摩尔定律，仍然在不断努力。未来人类可能会通过优化硬件结构和使用更高效的材料来提高晶体管的性能，或者采用新型的计算架构，例如量子计算机和神经元计算机等，来满足不同领域和应用的需求。
在 AI 迎来"寒武纪大爆发"的当下，我们需要更强大、更快速、更节能的芯片去支持更复杂、更智能、更创新的AI系统。当下爆火的 ChatGPT 的研发公司 CEO 曾在社交媒体发文称，新版本的摩尔定律--全球人工智能运算量每隔 18 个月翻一番，很快就要到来。这可能就是对戈登·摩尔先生最好的致敬。
4、结语
在这个快速变化的时代，人们对于技术的期望也在不断提高。摩尔定律的提出，让人们对于未来的技术充满了无限的想象和期待。从电子计算机到量子计算机，从传统互联网到区块链技术，计算机技术正以惊人的速度不断演化，不断改变着人类世界和生活。因此，我们需要不断地寻找新的技术和方法来推动计算机技术的进步。
但同时，我们也需要意识到计算机技术发展的复杂性和多样性，不应该过度依赖于摩尔定律的预测和承诺。只有不断地创新和探索，才能够实现计算机技术的跨越式发展和人类社会的繁荣与进步。
