第 12 章 平面工艺和摩尔定律
作者：Carliss Y. Baldwin
读者须知：本文是《设计规则》第 2 卷第 12 章 "技术如何塑造组织 "的草稿。它建立在前几章的基础上，但我认为可以单独阅读本章。本章可引用为
Baldwin, C. Y. (2021) "The Planar Process and Moore's Law," HBS Working Paper (June 2021).
如果您能对本章的任何方面提出意见，我将不胜感激！先谢谢你，卡利斯。
摘要
摩尔定律预言半导体芯片的晶体管密度每十八个月至两年就会增加一倍，速度提高一倍，价格下降一半。该定律是过去五十年间计算机、通信和软件行业技术高速变革的核心。
本章旨在解释摩尔定律的基本原理，并评估整个行业的技术变革速度是否有可能持续下去。我首先讨论了摩尔定律作为经验观察的起源及其在半导体物理学中的基础。我描述了该定律是如何在半导体制造商之间建立动态平衡的，以及它是如何多次受到挑战和重申的。我解释了在 20 世纪 90 年代，该定律如何在一系列全行业的路线图中被制度化，并成为自我实现的预言。我接着描述了自该定律首次提出以来的五十年间半导体芯片和公司的表现。最后，我讨论了目前制约摩尔定律运行的物理限制，并介绍了仍有待探索的其他提高性能的途径。
\小节*{导言｝
一个人能预见五十年后的未来吗？1965 年，飞兆半导体公司
本章试图回答以下问题：是什么原因导致摩尔最初的预测在半个世纪里一直有效？技术的高速变革还会继续吗？该定律所预测的高速变化意味着计算机和通信系统的制造商--集成电路的用户--不可能努力完善生产流程或产品设计。更好、更便宜、更快的新产品总是在不远处等待着。而且，由于成本在迅速下降，新产品既能取代老产品，又能开辟新的巨大市场。
正如我们在第 11 章中所看到的，低技术变革率会奖励那些跨越大量相互依存步骤的组织。这些组织会以牺牲灵活性为代价来追求高效率。与此相反，高技术革新率则鼓励实验和模块化架构。这些因素催生了由分布式管理下的众多自主企业组成的生态系统。由于不知道下一个创新会在哪里出现，这些公司将努力 "保持开放的选择"，重视灵活性而非效率。
但是，是什么促使这一动态过程首先开始呢？许多新技术都经历过一个初期的发酵期，其特点是新产品和新工艺的大量进入和创新。然而，到了某个阶段，市场就会形成一种首选的 "主导设计"。此后，创新变得更加循序渐进，改进速度减慢。
然而，由于摩尔定律的持续存在，在半导体行业和依赖于该定律的行业中，技术发酵期持续了 60 年，并且仍在继续。这种模式在主要工业技术中是独一无二的。(见表 11-1）。
本章的目的是解释摩尔定律的基础，并评估整个行业的技术变革速度是否有可能继续下去。我首先讨论了摩尔定律作为一种经验观察的起源及其在半导体物理学中的基础。我描述了该定律是如何在半导体制造商之间建立动态平衡的，以及它是如何多次受到质疑和重申的。然后，我解释了在 20 世纪 90 年代，该定律是如何在一系列全行业路线图中被制度化的。我接着描述了自该定律首次提出以来的五十年间半导体芯片和公司的表现。最后，我讨论了目前制约摩尔定律运行的物理限制，并介绍了仍有待探索的提高性能的其他途径。
12.1 摩尔定律的起源
技术是利用自然规律 "捕捉现象 "以达到某种人类目的的知识和技术的组合。
在晶体管出现之前，电路中最常用的开关元件是真空管。其他常用元件包括由数英里长的缠绕和拉伸导线连接起来的被称为管芯的甜甜圈状小环。真空管、管芯和导线不像通过平面工艺铺设在硅片上的晶体管那样容易收缩。事实证明，晶体管具有惊人的微型化潜力。
因此，一旦知道如何用半导体材料制造晶体管和集成电路，自然规律就不会对电路的物理尺寸施加严格限制。从 20 世纪 60 年代开始，许多人预言，随着时间的推移，电路将变得越来越小，芯片将变得更密集、更快和更便宜。
平面工艺是高效生产晶体管电路的关键。平面工艺与先前电路技术的关系就像印刷术与手写体的关系一样。手写每次在页面上添加一个字母，而印刷则一次性在页面上印上所有字母。因此，印刷工艺可以快速、低成本地生产出许多相同的副本。早在 1964 年，摩托罗拉半导体部门总经理莱斯特-霍根（Lester Hogan）就强调了这种差异的重要性："任何需要将单个晶体管连接到电路上的方法都无法实现集成电路的低成本。
在光刻技术中，特定 "页面"（芯片）上可容纳的电路元件数量是蚀刻精度和光波长的函数。Lambda
一般来说，电路的经济价值随着电路元件数量的增加而提高。然而，对于光刻技术而言，电路成本是工艺密度和产量的函数。工艺密度随着线宽
1965 年初，行业期刊《电子产品》的编辑刘易斯-扬（Lewis Young）问戈登
费尔柴尔德半导体公司研发总监摩尔撰写了一篇关于 "微电子的未来 "的文章。摩尔欣然同意。
图 12-1 摩尔文章原文中的插图
资料来源Moore, G. E. (1965) "Cramming More Components onto Integrated Circuits," Electronics, 38(8) p. 116.
由于集成电路的成本是由密度驱动的，摩尔对密度的增长速度很感兴趣。他首先绘制了从第一个平面硅晶体管到 1965 年 Fairchild 公司生产的最新电路的每个集成电路（芯片）的元件数（以对数为基数 2 的比例）。然后，他对这条线进行了推断（见图 12-2）。(见图 12-2）他发现，在生产的最初几年，每个芯片的元件数量大约每年翻一番。基于对飞兆半导体研发工作的了解，摩尔继续声称
当然，在短期内，这一比率即使不会上升，也会继续保持。从长远来看，增长速度的不确定性要大一些，尽管我们没有理由相信它至少在 10 年内不会几乎保持不变。这就是说，到 1975 年，每块成本最低的集成电路的元件数量将是
在他写这篇文章时，一个典型的芯片包含 50 个元件。因此，摩尔预测每年的累计平均增长率略高于
随后，摩尔针对各种反对意见为自己的预测进行了辩护：晶圆尺寸、产量，以及重要的发热量。关于发热问题，他指出："由于集成电子结构是二维的，因此在每个发热中心附近都有一个可供冷却的表面"。
图 12-2 摩尔原始外推法
资料来源Moore, G. E. (1965) "Cramming More Components onto Integrated Circuits," Electronics, 38(8) p. 116.
此外，"缩小集成结构的尺寸，就有可能在单位面积功率相同的情况下以更高的速度运行 "9。计算速度一直是衡量计算机性能的主要标准。由于平面工艺中固有的物理学原理，即使成本下降，性能（速度）也会提高，因为电子的运行路径更短。
这些都是令人信服的优势。小型化所带来的成本节约和性能提升将 "补偿 "在芯片设计和工艺工程方面的大量投资。
12.2 物理极限
因此，摩尔定律一开始只是对经验趋势线的推断，并结合了当时实验室对新产品的内部评估。摩尔的预测随后被加州理工学院教授卡弗-米德（Carver Mead）采纳，他研究了集成电路的基本物理原理，以了解缩小晶体管尺寸和在给定面积内安装更多晶体管的限制。
1974 年，IBM 沃森研究中心的罗伯特-邓纳及其同事发布了硅基金属（MOS）半导体的缩放规则。他们总结了电路尺寸、电压和衬底掺杂按一定系数缩放所引起的电路性能变化。这些规则后来被称为 "Dennard 缩放 "或 "几何缩放"。
Carver Mead 和 Lynn Conway 在他们的教科书《超大规模集成电路系统导论》中详细描述了缩放规则所依据的物理理论。该书第 1 章包含一个重要章节，介绍了缩小硅基金属（MOS）电路和系统尺寸的影响。与 Dennard 的规则一致，Mead 和 Conway 表明，特征尺寸和密度、能耗和时钟速度都会随着特定制造工艺的电路尺寸和电压成比例地变化。
在书的其余部分，米德和康威讨论了芯片设计日益复杂所带来的问题，并解释了如何通过结构化、模块化的电路设计来避免迫在眉睫的复杂性灾难。他们展示了基本电路设计如何按比例缩小线宽
在最后一章中，米德和康威回到了半导体的基本物理原理，认为硅基金属（MOS）技术远远优于其他可用于构建快速数字电路的技术（包括冷却超导材料）。他们的结论是，硅芯片"[很可能]主宰地球环境，[并]在大量不同的应用中大规模地用于个人计算和个人通信"。15
将集成电路变小的物理潜力与其他物理和化学过程的可比潜力进行对比是有益的。请看食物。一口 1 立方英寸的食物可能包含 100 万个
12.3 摩尔定律在行动
1965 年，像摩尔这样了解半导体技术和市场的人可以非常肯定地预测，集成电路将取代已经取代真空管的分立晶体管，成为数字计算机的基本构件。一旦集成电路的价格低于手工将分立晶体管组装成电路的成本，对集成电路的需求就会急剧上升。
摩尔定律背后的基本驱动因素既有物理因素，也有经济因素。从物理学的角度来看，性能的极限比其他候选技术更远。因此，改进硅基金属工艺是一个很好的技术选择。从经济学的角度来看，分立硅元件已经有了很大的成熟市场。一旦集成电路被证明既可靠又具有成本竞争力，就会占领这个市场。业内人士认为，这种情况在 1965 年就已经出现，但许多大型计算机制造商（如 IBM）却将集成电路的全面采用推迟到了 20 世纪 70 年代初。
1965 年，人们还不知道物理上的可能性与对新电路的需求会如何相互作用。每一代新芯片都比上一代芯片更小、更便宜，但每一代芯片都需要投资。如果计算机设备制造商不能发现每一代芯片的新用途，那么投资就不会有回报，最终就会停止。
罗伯特-诺伊斯是摩尔的朋友，也是英特尔公司的创始人之一，他非常清楚市场需求与摩尔定律之间的相互作用。1977 年，他指出，该行业是幸运的，因为 "该行业所服务的市场不是一个仅与国民生产总值或人口同步增长的市场，而是一个应用范围不断扩大的扩散性市场"。20
1975 年，摩尔发表了题为 "数字集成电子学的进展 "的最新文章。
摩尔随后将这一趋势分解为：(1) 由于芯片内的线宽（
图 12-3 1975 年提出的摩尔新数据
资料来源：Moore, G. E. (1975)：Moore, G. E. (1975).数字集成电子学的进展。在国际电子器件会议上发表的论文，华盛顿特区，1975 年 12 月。
可登录
http://ai.eecs.umich.edu/people/conway/VLSI/BackgroundContext/SMErpt/AppB.pdf （查看
这一变化速度仍然很高，足以预测 "包含几百万个元件的集成结构 "可以在十年内制造出来，成本也会相应降低。"他说，"这些新器件将继续降低电子功能的成本，并将数字电子技术的用途更广泛地扩展到整个社会。"23 此时，摩尔并没有对越来越小、越来越便宜的半导体电路的需求表示任何怀疑。
事实上，随着时间的推移，"元件每 18 个月到两年翻一番 "的预测依然成立。虽然出现了许多技术挑战，但在接下来的四十年里，晶体管的特征尺寸越来越小，单个晶体管的成本越来越低，除了少数几个暂时性的衰退之外，全球对使用更多晶体管的产品的需求每年都在增长。
为什么摩尔定律能长期稳定地发挥作用？接下来的四节将探讨这个问题。
12.4 作为动态平衡的摩尔定律
相对于基础科学而言，摩尔的预测是非常激进的。考虑到新制造工艺的设计要求、资本设备需求以及将产量提高到盈利水平所需的时间，几乎可以肯定，该技术的发展速度不会更快。建立一个新的制造工厂（"fab"）需要 1-2 年的时间，而提升产能则需要 12 到 18 个月的时间。
然而，半导体物理学并没有阻止技术变革的速度放缓。物理学和工程科学为晶体管数量和特征密度设定了上限，而不是下限。
在 2000 年的一次采访中，摩尔将他的法律称为 "自我实现的预言"。
尽管如此，这个词还是暗示了该法的一个特点，即随着时间的推移，它变得越来越重要。该定律之所以成为现实，是因为主要决策者选择采取必要行动使其成为现实。该行业的公司不断在高风险项目上投入巨资，以跟上该法的步伐。
从这个意义上说，该法就是我在前面几章中所说的动态平衡：
由一群理性行动者在行动、回报和反应的多次循环中维持的互动模式。在每个循环结束时，参与者都能获得足够的生存价值，他们对系统的信念也得以维持。因此，互动模式会持续到下一轮。
要了解该法是如何在多个投资周期中保持动态平衡的，不妨看看主要参与者试图采取不同道路的情况。了解 "法律 "何时以及为何受到挑战，然后又得到重申，可以揭示使 "法律 "成为现实所需的边界条件。下面我将讨论
四集。
12.5 1965 - 1968 摩尔图表中的差距
在大多数文章中，戈登-摩尔都自信地认为，从他撰写文章时算起，他的定律还能维持 10 到 15 年。
首先，摩尔认为，除了存储芯片之外，没有足够的新产品出现在地平线上，以耗尽与不断微型化相一致的 "晶体管预算"：
[如果]半导体工业今天拥有了像 VLSI 这样的商用百万晶体管技术，我不太确定它是否知道该如何使用它。除了含有存储器件的产品外，我们还不清楚未来的 VLSI 如何用于电子产品。
其次，定义、设计和布局芯片掩模所需的工作量（工时）不断增加，以至于设计成本首次超过了制造成本。除存储芯片外，还没有市场规模大到足以将芯片设计的固定成本降低到每个芯片可控水平的标准化产品。
摩尔说，事实上，该行业以前也遇到过这种情况。他指出，在他 1975 年的图表（图 12-3）中，1965-1968 年的直线上没有数据点。在此期间
很难......找到复杂程度（每个芯片的晶体管数量）接近潜在极限的半导体产品。
随着两种新产品的出现，这种复杂性不足的局面宣告结束，这两种产品确实需要大量的标准化芯片：商业计算器和半导体存储器。
摩尔图表中的差距给我们上了重要的一课，即限制摩尔定律的边界条件。半导体制造本质上是一种大规模生产技术（见第 9 章）。平面工艺是摩尔定律的基础。
所有芯片的生产都是资本密集型的。为了实现成本效益，该工艺需要一个巨大的市场，以供应几乎相同的产品。
此外，随着技术系统的发展，任何重要的组成部分都可能成为限制整体性能的技术瓶颈。20 世纪 70 年代末，迫在眉睫的技术瓶颈是日益复杂的设计。1979 年，戈登-摩尔（Gordon Moore）认为地平线上没有多少产品能证明下一代制造工厂的综合资本和设计成本是合理的。因此，他担心只有在少数情况下，如标准存储芯片，才能实现扩展带来的经济效益。
然而，1980 年和 1981 年出现的两项新技术同时解决了复杂性问题和规模问题。首先，正如本章前文所述，1980 年，卡弗-米德和林恩-康威出版了他们的教科书，解释了如何在分层架构内模块化设计半导体芯片，并跨层隐藏信息。
1981 年，IBM 推出了 IBM PC。PC 是第一款作为开放式平台设计的计算机，支持由众多第三方提供的硬件和软件选项。英特尔公司提供了 PC 的微处理器以及主板上的许多其他逻辑芯片。
摩尔的担忧未能实现，但这并不意味着它们是杞人忧天。1965 至 1968 年间 "复杂芯片 "的缺口表明，对更强大芯片的需求取决于是否存在需要摩尔定律所提供的晶体管容量的产品。平台赞助商的任务之一是管理平台所提供的各种选择的供需平衡增长。之所以会有这样的要求，是因为平台的选项与其用户之间存在着根本的互补性。(见第 11 章命题 P-2）这就是多方平台的 "先有鸡还是先有蛋 "问题。
12.61979 - 1984 64K DRAM
1974 年，英特尔推出了首款动态随机存取存储器（DRAM）芯片。德州仪器（TI）、莫斯特克（Mostek）和五家日本公司很快也进入了这一市场。这些日本公司的研发费用部分由国际贸易和工业部（MITI）提供，
美国公司遇到了技术瓶颈，开发第三代 64K DRAM 的时间非常晚。虽然富士通公司在 1979 年就推出了 64K 芯片，但美国制造的首款 64K DRAM 直到
64K DRAM 事件表明了先行者优势在执行摩尔定律方面的重要性。第一家推出新一代半导体芯片的公司享有短暂的垄断地位，直到下一个进入者出现。它必须与前一代芯片竞争，但微型化的物理学原理意味着，新芯片的可变单位成本将低于前一代芯片，速度也将高于前一代芯片。然而，新芯片的固定单位成本也会很高，直到生产率提高到接近最大生产能力的程度。
拥有同类芯片的第二家企业将面临严峻的市场竞争。先行者满负荷生产，产量高，凭借先发优势，单位成本将大大降低。因此，在保持盈利的同时，原有企业将有更大的降价空间。先行者发号施令的能力将一直持续到第二位进入者达到相同的产量和产能利用率水平为止。第三家和后来者的情况更糟。
换句话说，平面工艺的经济性（高固定成本要求高产量和产能利用率）意味着推迟进入新一代产品会使公司处于竞争劣势。由于产量较高，速度较快的竞争对手可以压低后来者的价格。落后者可能在一代产品中被淘汰，甚至被迫完全退出市场。
然而，DRAM 供应商是在转换成本较低的环境中竞争的。如果出现更好的内存技术，内存消费者就会毫不犹豫地采用它。在这方面，DRAM 与微处理器（下一节的重点）有很大不同。
12.71985 - 1995 年英特尔 386 和奔腾微处理器的转变
英特尔公司被位于博卡拉顿的 IBM 管理人员选中，为最初的 IBM PC 提供 8088 微处理器。
起初，为了保证自己的供应和促进竞争，IBM 要求英特尔为其微处理器提供第二货源。到 20 世纪 80 年代末，最初的 8088 芯片有 12 个第二供应商，而英特尔只获得了
1985 年，英特尔选择成为 80386 及其后几代微处理器的唯一供应商。
当时，IBM 是英特尔最大的客户。由于更喜欢低成本的芯片，也可能是担心 PC 与其微型计算机产品之间的竞争，IBM 最初选择继续使用老一代芯片。
10 年后的 1995 年，情况发生了逆转。当时，康柏是最大的 IBM 兼容 PC 制造商，全球市场份额为
1993 年，英特尔公司推出了新一代奔腾
在 1994 年的圣诞节采购旺季，康柏和英特尔展开了一场广告战，康柏宣传低成本、适合家庭使用的机器，而英特尔则吹嘘奔腾芯片的速度和功能。然而，需求是如此强劲，以至于两家公司都在这一年取得了成功。
康柏衰落的部分原因是戴尔电脑的崛起。戴尔采用了与康柏和其他 PC 制造商不同的商业模式。它销售定制的
通过互联网直接向消费者提供产品。
关于半导体行业和摩尔定律，这两次转变给我们带来了什么启示？首先，构成所有数字平台系统核心的指令是独一无二的，因此可以成为市场力量的来源。(见插文框 11-1）同时，这些指令必须让所有模块设计者都能看到，以提供不可操作性。指令还必须在各代产品中保持稳定，以提供向后兼容性。
由于对可见性和稳定性的要求，通过指令建立可持续的战略瓶颈对开放平台系统的发起者来说具有挑战性。
同时，稳定性要求意味着不能丢弃任何指令。因此，指令集只能通过增加新指令来改变。然而，顾名思义，老产品 "不知道 "新指令，也不需要新指令。
因此，在开放式平台系统中，平台发起人和期权提供者之间存在着根本的利益冲突。双方都想从平台系统的补充盈余中分得一杯羹（见第 5 章）。在其他条件相同的情况下，平台发起人希望收取高价来使用指令，而期权提供者则希望收取低价。
然而，所有期权提供者对平台的要求并不相同。与上一代平台相比，每一代平台都能为互补产品的开发者提供更多的指令。老产品不需要新指令，因此其提供者可能不会急于升级。
从上文所述的两次转型中就可以看出这种一致性。英特尔历代微处理器的指令集很容易被 AMD 等公司在无尘室中进行逆向工程（见插图方框 12-1）。(见插文框 12-1。）然而，逆向工程需要时间：在
插框 12-1 英特尔和 AMD
与英特尔公司一样，先进微设备公司（AMD）也是从飞兆半导体公司（Fairchild Semiconductor）分拆出来的，但其公司战略和重点有所不同。当时，美国国防部要求他们采购的几乎所有芯片都要有第二供应商，而 AMD 则专门生产其他公司设计的芯片。从一开始，AMD 就是 IBM PC 微处理器（和其他逻辑芯片）的指定第二供应商。1982 年，英特尔与 AMD 签订了交叉许可协议，AMD 根据协议生产 8088、80186 和 80286 芯片。英特尔向 AMD 提供掩膜设计和生产协助。AMD 的芯片普遍比英特尔的快。
1987 年，英特尔决定采用独家代理的方式，拒绝与 AMD 分享其新 80386 芯片的设计和指令集。AMD 起诉英特尔违约。AMD 还对 80386 芯片进行了反向工程设计，但由于诉讼，AMD 的 386 产品直到 1991 年 1 月才面世。
AMD 与英特尔的诉讼于 1995 年达成和解。此后，AMD 继续利用无尘室逆向工程技术克隆英特尔的微处理器。其产品与英特尔的产品 "软件兼容"，但 "引脚不兼容"。两家公司的产品可以运行相同的软件程序，但硬件设计不同。
这一分析解释了为什么英特尔和康柏在从 286 微处理器到 386 微处理器的过渡中是盟友（牺牲了 IBM 的利益），而英特尔和戴尔在从 486 到奔腾的过渡中是盟友（牺牲了康柏的利益）。为了刷新其短暂的垄断地位，英特尔不得不每一代芯片指令集都增加新的、功能更强大的指令。新指令在平台系统中提供了新的、更好的选择。新选项的利润可由新选项提供商和平台赞助商分享，但现有选项提供商不一定从中受益。
总之，历史表明，摩尔定律失败的原因有很多。要使摩尔定律成立，每一代技术中需求量最大的产品必须利用新芯片的额外晶体管和速度。随着时间的推移，英特尔学会了通过推广康柏和戴尔等新进入者以及开发使用芯片先进功能的新技术来促进这种需求。部分得益于这些努力，从 1968 年到 2016 年，英特尔的发展从未停滞。
20 世纪 80 年代初，英特尔公司与美国国防部（DOD）和半导体行业协会（SIA）一起，发现了另一种鼓励按照摩尔定律进行高速技术变革的方法。他们说服工业界、大学和政府的代表参与编制一系列技术路线图。
12.8 国家半导体路线图
到 20 世纪 80 年代末，美国半导体公司已将技术领先的 DRAM 业务拱手让给了日本竞争对手（见上文）。半导体处理技术的落后表现引起了公司经理、国防部和其他政府机构官员、学者和政界人士的极大关注。
SEMATECH 是美国政府、31 所大学和 14 家美国半导体制造商之间的合作项目。其宗旨是开展旨在解决常见制造问题的研发工作，帮助美国公司实现全球竞争力。英特尔公司前首席执行官、半导体行业协会（SIA）主席罗伯特-诺伊斯（Robert Noyce）担任首任首席执行官。
第一批国家半导体技术路线图是由 SEMATECH 于 1987 年和 1988 年制定的。绘制路线图的过程包括组织一系列由来自工业界、大学和政府的专家参加的研讨会。第一次 SEMATECH 研讨会确定了约 30 项独立技术，这些技术成为附属技术工作组的工作重点。不过，该路线图只关注一个目标：在 2008 年之前开发出千兆位静态随机存取存储器 (SRAM)
第一次路线图绘制工作的成功促使 SIA 发起了一次全面的路线图绘制工作，以评估整个行业的现状以及对 1992 年至 2007 年期间未来五代产品的需求。这项工作再次以技术工作组的形式组织起来，并在一次全体研讨会上进行了讨论。1992 年 11 月，来自工业界、政府和学术界的约 200 名与会者举行了为期三天的会议，以确定路线图的具体内容。时任英特尔公司董事长的戈登-摩尔担任研讨会总主席。
研讨会的目的是评估每种技术可能取得的进展以及它们之间存在的依赖关系。一系列分组会议鼓励各小组之间进行交叉协调。与会者被分为 11 个技术工作组，如表 12-1 所示。在 1994 年的下一次路线图迭代中，技术工作组的数量减少到了 8 个。
表 12-1 1992 年和 1994 年 NTRS 研讨会的技术工作组
| 1992 | 1994 | |
芯片设计与测试 |
1 | 设计与测试 |
| 流程整合 |
|
工艺集成、设备、结构 |
工艺设备结构/CAD |
||
| 制造系统 |
|
工厂整合 |
生产设施 |
||
设备建模与设计 |
||
材料与散装工艺 |
|
材料与散装工艺 |
| Lithography | 5 | Lithography |
| Interconnect | 6 | Interconnect |
环境、安全与健康 |
7 | 环境、安全与健康 |
| Packaging | 8 | 装配和包装 |
资料来源：Spencer and Seidel (1995)：资料来源：Spencer 和 Seidel (1995)。技术按粗略的流程顺序排列，例如，芯片、流程和工厂的设计先于制造，而制造又先于装配和包装。
在最后一次一般性会议上，各工作组报告了各自的结论和未决问题。然后在公开论坛上对未决问题进行了辩论。这项工作的最终成果是一个 15 年预测、一个执行计划和一套详细的技术工作组报告。这些报告由 SIA 出版，并应要求免费提供给任何人。
路线图绘制工作最重要的成果之一是与会者达成了共识，即符合摩尔定律（晶体管密度每十八个月翻一番）的改进速度在技术上是可以实现的。1994 年的共识并不容易达成，当时的预测延长到了 2010 年。然而，经过反复讨论，与会者认为 0.07 微米或 70 纳米的最小特征尺寸并不能从根本上限制制造工艺的发展。因此，第二份报告保持了与第一份报告相同的速度。
技术工作组的分类实际上是半导体芯片制造技术价值结构图的组成部分：
芯片设计与测试
工厂一体化
光刻
装配和包装
虽然这些技术在其基础知识领域表现出一定程度的模块化，但其组成技术是互补的，每种技术对于制造过程都是必不可少的。由于每项技术都必不可少，因此任何一项技术都可能成为技术瓶颈的根源，从而延误向下一代产品的过渡。1994 年的路线图总结了每种组件所面临的挑战，并确定了每种技术的重点领域。
1998 年，美国半导体行业协会与欧洲、日本、韩国和中国台湾的同行协会联手制定了国际半导体路线图。路线图绘制过程和报告格式保持不变。
路线图的意义
根据第 5 章中提出的生态系统理论，国家和国际半导体路线图可以理解为一种通过多边谈判进行协调的形式。到 20 世纪 90 年代，全球半导体产业已成为一个由半导体公司、政府机构和大学研究人员组成的大型重叠生态系统。
与摩尔定律相一致的高速技术变革，造就了可以以多种方式组合和重组的模块化产品和工艺。
这种技术采用模式被称为 "技术 S 曲线"。例如，参见 Abernathy（1976 年）；Abernathy & Utterback（1978 年）；Christensen（1992a，b）；Suárez & Utterback（1995 年）；Klepper（1996 年，1997 年）；Tushman & Murmann（1998 年）；Khan、Hounshell 和 Fuchs（2015 年；2018 年）；Adner & Kapoor（2016 年）。
钱德勒，引自 Tedlow（1988 年）。钱德勒在课堂上经常重复这句话。
亚瑟（2009 年），第 28 页。
Brock & Moore (2006) 第 30 页。
Mead 和 Conway（1980 年），第 47-51 页；Mlynek 和 Leblebici（1998 年）。
Brock & Moore (2006) 第 35 页。
Moore, G.E (1965) 第 116 页。 同上。 同上。
Hoeneisen 和 Mead（1972 年）。
布洛克（2006 年），第 100 页。
Dennard et al (1974)；Bohr (2007)；Khan、Hounshell 和 Fuchs (2018)。
工艺节点（或技术节点）是指特定的半导体制造工艺及其设计规则。较小的工艺节点具有较小的特征尺寸，从而使芯片的速度更快、能效更高。https://en.wikichip.org/wiki/technology_node（3/14/21 查看）。
Baldwin 和 Clark（2000 年）在第 3 章中讨论了 Mead 和 Conway 通过创建模块化和层次化子系统来分割芯片的理论。
Mead 和 Conway (1980) 第 365 页。
布朗（2014 年），第 42-43 页。
截至 2007 年的耕地和牧场。美国农业部，http://www.ers.usda.gov/dataproducts/major-land-uses/.aspx（访问日期：9/16/16）。
半导体技术的独特性在上一章的表 11-1 中显而易见。进一步的证据可以从一对比较信息技术和能源技术的研究中找到：Koh 和 Magee (2006) 和 (2008)。关于指数变化率的起源，请参见 Funk (2013) 和 Funk and Magee (2014)。
IBM 推迟使用半导体存储芯片，直到 1971 年推出 System/370。Pugh、Johnson 和 Palmer (1991) 第 472-476 页。 同上，第 13 页。
分层是一种特殊的模块化类型，其中的模块是按一系列客户-服务器关系组织的：每一层都是上一层的服务器，也是下一层的客户。由于模块化的信息隐藏，在一层内进行更改不会影响其他层。Blanchette (2011)。
Mead 和 Conway（1980 年）；Marshall、Waller 和 Wolff（1981 年）；Van Atta 等人（1991 年）；Kuan 和 West（2021 年）。
这些芯片统称为 "芯片组"。芯片组管理处理器、内存和外设之间的数据流。参见下文第 17 章。
有关 20 世纪 80 年代个人电脑市场增长的数据，请参见下文第 15 章。
Rochet 和 Tirole (2003)；Parker 和 Van Alstyne (2005)；Eisenmann、Parker 和 Van Alstyne (2006)。
Gawer 和 Cusumano（2002 年）；Gawer 和 Phillips（2013 年）。
Burgelman (1994)；Mollick (2006)。
Flamm (1993)；Mollick (2006)。
Flamm (1993)；Burgelman (1994)；Grove (1996) 第 89-97 页。
通常情况下，新制造厂的初始产量低至 。因此， 的芯片都是有缺陷的，必须丢弃。通过系统化的管理，找出并消除缺陷的原因，通常会在 4 至 6 个月内将产量提高到 以上。见 McDonald (1997)；Hatch 和 Mowery (1998)。
Mollick (2006)。为了弥补这些劣势，后来者可以对先行者的产品和/或工艺技术进行反向工程，从而降低设计成本。先进微设备公司（AMD）就是这种情况，它多次对英特尔的微处理器进行逆向工程。
8088 是对早期芯片 8086 的轻微改进。它使用 8086 芯片的指令集。
IBM PC 是第 15 章的重点。
Yoffie、Laurie 和 Huston (1991) 第 3 页。
47 "英特尔 386 微处理器独家采购决定口述历史小组"（2008 年 8 月 14 日）。
英特尔公司授权 IBM 公司生产 80386，以满足其自有需求。
Froot (1992) 第 14 页。后来的另一个资料来源（Jackson，1998 年）将 80286 的价格定为 。
相比之下，康柏和其他大多数个人电脑制造商都是通过经销商销售产品的。因此，他们不得不为存货和经销商的应收账款融资。这增加了他们的投资资本，降低了他们的投资回报率和增长率。有关两种商业模式的详细比较，请参见第 19 章。
回顾一下，战略瓶颈是技术系统中必不可少的、独特的、由追求利润的代理人控制的组成部分。参见第 7 章。有关英特尔和微软如何管理其在个人电脑生态系统中的战略瓶颈的讨论，请参见第 17 章。 福斯特（1986 年）。
辛格（2005 年）；口述历史小组（2008 年）；辛格（2012 年）；埃文森和辛格（2020 年）。
Van Atta 等人（1991 年）。 Kleiner (undated).
SRAM 芯片的功能与 DRAM 芯片相同，但使用不同的电路设计。SRAM 和 DRAM 都需要持续供电。SRAM 功耗更低，存取速度更快。DRAM 的单芯片容量更大，制造成本更低。
斯宾塞和塞德尔（1995 年）。 同上，第 212 页。
同上，第 215 和 217 页。
琳达-威尔逊（Linda Wilson）是所有路线图的总编辑，从1997年的第一份到2015年的最后一份。英特尔公司技术战略总监保罗-加吉尼从 1998 年到 2015 年一直担任国际路线图组织的主席，并于 2016 年成为其后继组织--国际设备与系统路线图（IRDS）的主席。ITRS 报告 http://www.itrs2.net/itrs-reports.html（2/25/21 浏览）；Shaller（2004 年），第 644 页。 Funk (2018)。