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摩尔定律仍然适用吗？

摩尔定律预测集成电路 (IC) 中的晶体管数量每两年将增加一倍，而计算成本将减半，该定律的运行时间非常长。当英特尔联合创始人兼名誉董事长戈登·摩尔 (Gordon Moore) 于 1965 年做出这一大胆观察时，很少有人能想到最先进的微芯片有一天会包含十亿倍的电路。五十多年来，由于电路不断缩小，计算设备年复一年地变得更小、更快、更便宜。

摩尔定律现在还成立吗？

但摩尔定律已经违背了物理定律。至少就我们今天所知，领先的代工厂和芯片制造商正在达到工艺技术的物理极限。从 7 纳米 (nm) 节点迁移到 5 纳米或更小的节点已变得极其困难且成本高昂。 IC 性能、密度和成本降低方面的进步现在正在逐步增加。随着摩尔定律的不断发展，通过多核架构、软件、人工智能和机器学习、互连、封装和材料科学的进步，将实现计算能力和效率的有意义的飞跃。

与此同时，摩尔定律对于独立于 5 nm 技术制造的其他类型的半导体器件（包括那些包含模拟电路或根本不包含晶体管的半导体器件）仍然有影响。硅基微机电系统 (MEMS) 计时器件就是一个典型的例子。让我们看看如何。

摩尔定律如何应用于 MEMS 计时器件？

定时是电子系统的心跳，提供准确、稳定的信号（就像人的心跳一样），为系统中的所有数字组件提供参考。计时器件包括无源谐振器、有源振荡器以及集成时钟发生器和缓冲器，每种器件都为系统提供不同的功能。计时装置内部有两个基本组件：以谐振频率振动的谐振器和将这些振动转换为电信号并进行分配的模拟 IC。这些组件组合在系统级封装 (SIP) 器件中，形成集成计时解决方案。

大多数谐振器都基于晶体石英，在制造过程中需要精确切割才能达到所需的谐振频率。虽然石英是一种成熟、广泛使用的技术，已为电子行业服务了 70 多年，但它也存在一些局限性，例如尺寸、易碎性、对机械应力的敏感性以及随时间和温度的老化效应。此外，由于这些固有的限制以及制造和封装的限制，摩尔定律不适用于石英技术。

摩尔定律的实现得益于半导体制造的进步，每一代新一代工艺技术（尤其是光刻技术）都增加了晶体管密度。相比之下，MEMS 的进步并非源自工艺制造，而是源自 MEMS 技术和 IC 设计的创新。虽然摩尔定律并不直接适用于硅 MEMS 计时器件的设计和制造，但从石英迁移到 MEMS 的好处是相当的：能够扩大生产规模并实现指数级更小的尺寸、更低的成本和更高的性能。让我们来看看。

与摩尔定律使晶体管密度加倍同时功耗减半类似，SiTime 基于 MEMS 的计时器件在每一代产品中都在不断改进关键计时指标。

硅基 MEMS 技术的未来

近年来，硅基 MEMS 技术已成为石英谐振器的优越替代品。与石英谐振器相比，基于硅 MEMS 的谐振器在技术和器件性能方面正在经历指数级改进，从而实现更高的性能、更低的功耗、更小的尺寸和卓越的可编程性。它们通常在恶劣环境下也更加坚固和可靠，包括温度变化、冲击和振动。

出于这些原因，基于 SiTime MEMS 的计时解决方案正在广泛的市场中迅速取代石英，包括消费电子、物联网、计算、5G 基础设施、工业自动化、汽车和航空航天国防。当今价值 80 亿美元的计时产业要多快才能从石英技术过渡到硅 MEMS 技术？时间会证明一切。