摩尔定律催生新的测试产品种类

今年是戈登·摩尔的著名论文《往集成电路中塞进更多元件》发表50周年。这篇论文是摩尔定律的基础。重读这篇论文，我被摩尔对未来的洞察力和见解深深打动。仅从1962年至1965年的4个数据点，摩尔就推断出集成电路密度每年接近翻一倍。“集成电路将产生很多奇迹，比如家用电脑——或至少连接中央计算机的终端——汽车自动控制和个人通信设备。”摩尔在论文中写道。考虑到这篇论文写于1965年，甚至是在第一块数字手表发明之前，这是富有远见的一个极佳例子。Carver Mead博士——我的加州理工学院导师将这个密度连续翻倍的规律称为摩尔定律，之后这个名称就一直延用至今。  


图1：戈登·摩尔仅根据4个数据点就作出的著名密度预测。注意，这张图预测的是差不多一年翻一倍，而不是今天我们经常引用的18个月。

在我重读摩尔论文时有两件事打动到了我。一个是他对功率密度的专注，他相信随着器件几何尺寸的缩小，功率密度将是可管理的。记住，当时还是双极型逻辑器件而不是CMOS的时代。正是CMOS革命使他将论文中对1975年之前的预测继续外推。由于具有接近于零的静态功耗，CMOS不仅允许更高的密度而不至于产生太高的功率密度，而且也成为电池供电产品成功的关键(当然，也正因为有了CMOS，我们才有了到处给我们的小电器充电的烦恼)。

第二个成果主要是他有关模拟电路的最终评论。他预测模拟电路的变化速度会比较慢，但还是有重大飞跃。他的差分放大器设计将受益于集成电路内固有的匹配元件这个观点形成了运放(运算放大器)的概念，这是模拟设计的一个里程碑事件。“即使在微波领域，”摩尔写道，“集成电子产品中包含的结构也将变得越来越重要。”考虑到当时的“微波”是1GHz及以上频率信号，现代蜂窝电话是一个包含多个微波射频器件的极好的设备例子。

那么对测试设备和相关行业来说摩尔定律意味着什么呢？意义有很多。首先，是产品种类的爆发式增长——一个可能不断持续的趋势。让我们来看一看……

将时光机器退回到1975年，即摩尔论文得到大家重视的那一年。我第一次正儿八经操作测试设备的体验就是那年夏天，也就是在我大学二年级暑期，我有幸得到了Varian Associates公司技术人员一职。我主要负责校准和维修该公司在Palo Alto生产线上部署的所有测试设备。

设备库存大部分是模拟的，虽然延伸到了微波频率：万用表、示波器、信号发生器和分析仪等。所有设备都用可调元件——可变电容和电位器进行了校准。

在那个时代，由摩尔定律加速的数字革命就已经在改变测试与测量领域中的产品种类，以满足新的待测设备(DUT)要求。有些种类很短命：增益/相位表或微处理器仿真器。而像逻辑分析仪等其它设备面市后直到现在还在用，只不过功能有了改进。  

天线通过相位对齐的波束成形技术。通常PXI机箱内有多个源和接收器组成的测试设备就是针对这种独特但不断增长的要求开发的。这与摩尔最新的预测相当一致。摩尔论文的结论中有这样的语句：“诸如相位阵列天线等使用大量一体化微波功率源的单元的成功实现可以彻底改革雷达。”只不过不仅仅是雷达，今天它还包括个人通信设备！

今天就到此为止。在今后的专栏中，我还会与大家探讨摩尔定律如何改变测试设备的内部器件以及测试仪和待测设备之间的比赛，两者都受到摩尔定律的驱动。现在我要总结如下：产品种类的增加和减少受电子行业动态变化的影响。虽然通常很难预测今后的新种类，但这个趋势不会改变。摩尔定律依然有效。5G无线和物联网(IoT)足以催生新的测试种类。虽然确切地预测这方面将如何展开非常困难，但能够预见这些变化并定义新种类的供应商将获得丰厚的回报。待续。