英特尔联合创始人戈登·摩尔(Gordon Moore)提出了最初的观察结果，后来演变成摩尔定律。查看更多 电脑硬件图片.

　　贾斯汀·沙利文/盖蒂图片社在20世纪，发明家创造了我们经常依赖的设备。可以说，最重要的发明之一是 晶体管.该晶体管由贝尔实验室的工程师于1947年开发，其最初目的是放大声音。 电话 线。晶体管取代了一种旧技术——真空管。这些管子不可靠，它们很笨重，而且也会产生大量热量。

　　第一个晶体管是一个 点接触晶体管 它的高度为半英寸(1.27厘米)。晶体管不是很强大，但物理学家认识到了该设备的潜力。不久，物理学家和工程师开始将晶体管整合到各种电子设备中。随着时间的流逝，他们还学会了如何使晶体管更小，更高效。

　　1958年，工程师将两个晶体管连接到硅晶体上，并创造了世界上第一个 集成电路 [资料来源： 英特尔].反过来，集成电路为集成电路的发展铺平了道路。 微处理器.如果你把计算机比作人类，微处理器就是大脑。它进行计算并处理数据。

　　到1960年代，计算机科学家(也是英特尔联合创始人)戈登·摩尔(Gordon Moore)提出了一个有趣的观察。他注意到，每隔12个月，工程师就能将一平方英寸硅片上的晶体管数量增加一倍。像发条一样，工程师们正在寻找减小晶体管尺寸的方法。正是因为这些小晶体管，我们才有了像这样的电子设备。 个人电脑, 智能手机 和 MP3播放器.如果没有晶体管，我们仍将使用真空管和机械开关进行计算。

　　自摩尔观察以来，萎缩趋势仍在继续。但它没有跟上摩尔观察到的步伐。如今，晶体管的数量每24个月翻一番。但这提出了一个有趣的问题：晶体管 - 以及扩展的CPU- 能有多小?1947年，单个晶体管的高度略高于百分之一米。如今，英特尔生产的微处理器的晶体管宽度仅为45纳米。纳米是十亿分之一米!

　　英特尔和其他微处理器制造商已经在研究下一代芯片。这些将使用宽度仅为32纳米的晶体管。但一些物理学家和工程师认为，在晶体管尺寸方面，我们可能会遇到一些基本的物理限制。

　　晶体管剖析

　　英特尔副总裁汤姆·基尔罗伊(Tom Kilroy)在旧金山的新闻发布会上手持双核至强处理器5100。

　　法院桅杆/英特尔通过 盖蒂图片社在我们讨论晶体管的物理限制之前，了解晶体管是由什么组成的以及它的实际作用会有所帮助。基本上，晶体管是由一种特殊物质制成的开关。对物质进行分类的一种方法是查看它的导电能力。这将物质分为三类： 导体, 绝缘 子 和 半导体.导体是由具有电子自由空间的原子制成的任何类型的材料。电流可以穿过导电材料 - 金属往往是良好的导体。绝缘体是由没有任何可用电子空间的原子组成的物质。结果， 电力 不能流过这些材料。陶瓷或玻璃是绝缘体的好例子。

　　半导体 有点不同。它们由具有原子的物质组成，原子具有一定的电子空间，但不足以像金属那样导电。硅就是这样一种材料。在某些情况下，硅可以充当导体。在其他情况下，它充当绝缘体。通过调整这些环境，可以控制电子的流动。这个简单的概念是世界上最先进的电子设备的基础。

　　工程师们发现，通过 掺杂 - 将某些类型的材料引入硅中，他们可以控制其导电性。他们会从一个名为 酶作用物 并用带负电或带正电的材料掺杂它。带负电的材料具有过量的电子，而带正电的材料具有过量的 孔 - 电子可以容纳的地方。在我们的示例中，我们将考虑一个 N型晶体管，具有带正电的基板。

　　在此基础上有三个终端：一个 源一个 排水 和 门.栅极位于源极和漏极之间。它充当一扇门，电压可以通过它进入硅，但不能返回。栅极有一层薄薄的绝缘体，称为 氧化层 这可以防止电子通过终端。在我们的示例中，绝缘体位于栅极和带正电的基板之间。

　　我们示例中的源极和漏极是带负电荷的端子。当您向栅极施加正电压时，它会将带正电的基板中的少数自由电子吸引到栅极的氧化层。这将创建一个 电子通道 在源极和漏极之间。如果随后对漏极施加正电压，电子将从源极通过电子通道流向漏极。如果从栅极移除电压，基板中的电子不再被栅极吸引，通道被破坏。这意味着当你对栅极充电时，晶体管被切换到“打开”。 当电压消失时，晶体管“关闭”。

　　电子设备将这种切换解释为位和字节形式的信息。这就是您的计算机和其他电子设备处理数据的方式。但是由于电子依赖于电子的运动来处理信息，因此它们受到一些特殊的物理定律的约束。我们将在下一节中仔细研究它们。

　　我是积极的!

　　虽然我们在示例中使用 n 型晶体管，但可以构建 P型晶体管.在这种情况下，您将用带负电的材料掺杂基板，端子将带正电荷。

　　纳米级晶体管

　　奔腾 4 处理器家族。

　　英特尔/新闻人物通过 盖蒂图片社似乎每年都有记者发表一篇文章，说晶体管尽可能小，摩尔定律已经完成。然后工程师们找到创新的方式来制造更小的晶体管，并证明记者是错的。我们已经到了这样一个地步，许多作家在预测摩尔定律的终结时都很害羞。

　　但确实有一天，我们将达到传统晶体管的物理极限。那是因为一旦你击中 纳米级，你正在处理的奇异世界 量子力学.在这个世界上，物质和能量的行为方式似乎违反直觉。量子物理学与经典物理学非常不同——你甚至无法在量子尺度上观察某些东西而不影响它的行为。

　　一种量子效应是 电子隧穿.电子隧穿有点像隐形传态。当材料非常薄时 - 一个纳米(约10个原子厚)的厚度 - 电子可以直接穿过它，就好像它根本不存在一样。电子实际上并没有在材料上形成一个洞。相反，电子从势垒的一侧消失，并在另一侧重新出现。由于栅极旨在控制电子的流动，这是一个问题。如果电子在任何情况下都可以通过门，就没有办法控制它们的流动。对于泄漏的晶体管，电子的流动无法控制，因此处理器将无效或根本无法正常工作。

　　随着像英特尔这样的公司致力于开发宽度仅为32纳米的晶体管，不久之后氧化层就会变得太薄，无法使用传统晶体管充当电子的栅极。虽然工程师过去在缩小晶体管的竞赛中遇到了一些障碍，但他们总能找到一些方法来解决这个问题并跟上摩尔定律。但是，一旦我们面对物理的基本定律，那些日子可能会结束。

　　工程师可能会发现一种方法，即使在一纳米的厚度下也能制造出有效的绝缘体。但即使他们设法做到这一点，正如我们今天所知的晶体管，他们能走得更远。毕竟，超越纳米尺度的是 原子尺度，您在其中处理的材料只有少数 原子 在大小上。

　　这并不意味着晶体管会消失。但这可能意味着 微处理器 发展将放缓并趋于平稳。处理能力的提高可能不会继续呈指数级增长。但尽管如此，公司可能会找到提高微处理器效率和性能的方法。

　　微处理器制造商也有可能找到晶体管的替代品。有些人已经在研究利用纳米尺度量子效应的方法 - 有效地将纳米柠檬转化为纳米柠檬水。

　　看起来微处理器制造商只能让摩尔定律再持续几年。但如果你回顾几十年前的预测，你会看到记者们也提出了同样的说法。也许工程师将这些预测视为个人挑战，以找到绕过看似不可逾越的障碍的方法。

　　要了解有关微处理器，晶体管和量子物理学的奇怪世界的更多信息，请查看以下链接。

　　小包装

　　英特尔最小的微处理器是Atom，它占地26平方毫米，拥有4700万个晶体管。英特尔将Atom设计为在智能手机等移动设备中工作[来源： 英特尔].