集成电路与摩尔定律

1.分立元件

1940s-1960s 计算机由独立部件组成，称作 分立元件 Discrete Components，例如 ENIAC 有 17000+ 真空管、70000+ 电阻。此时如果想要更好性能的计算机，就会有连接和各种复杂度飙升的问题。1950s 晶体管出现，相比于电子管，晶体管更小、更快、更可靠。

2.集成电路

1958 Jack Kilby 发明了集成电路 IC integrated circuits，将晶体管、电阻、电容等元件集成在一块硅片上，大大提高了计算机的性能。这是新的一层抽象，但是使用的元素锗很稀有，直到 Noyce 用储量丰富的硅取代锗，才真正实现了集成电路的商业化。
IC 的出现使得计算机可以像乐高一样被搭建起来，可以组合出无数种设计。

3.印刷电路板

但 IC 还是需要用线路连接起来，依然没有完全解决线路的复杂度问题。这时印刷电路板 Painted Circuit Boards PCB 出现了，可以将 IC 与其他元件连接起来，大大降低了线路的复杂度。
它通过蚀刻金属线的方式把零件连接到一起，无需再焊接一堆金属线。

4.光刻晶圆

蚀刻再精细也很难在一个组件中塞入 5 个以上的晶体管。此时光刻登场，用光将复杂图案印到半导体上，晶圆等部件逐渐成熟。
随着光刻技术发展，晶体管越来越小，密度越来越高。此时摩尔定律开始生效，每两年同样大小的空间能塞进两倍数量的晶体管。
晶体管越小，要移动的电荷量越少，能更快的切换状态，耗电更少。同时信号延迟更低，时钟速度更快。
2000 年时 CPU(IC) 中包含了 3000 万个晶体管，2010 年时已经达到了 10 亿个。

但光的波长是晶体管发展的上限，并且晶体管过小的时候会出现电极之间的量子隧道贯穿现象。