二十一世紀的第一年，對於主導二十世紀半導體界的鐵律——摩爾定律而言，可說是多采多姿的一年，有緬懷、也有展望；有肯定、也有挑戰。
摩爾定律是由英特爾（Intel）創辦人之一的摩爾（Gordon E. Moore）於1965年提出。簡單地說，摩爾預測，單一矽晶片的電晶體數目，每隔十八到二十四個月將會增加一倍，但製造成本卻不變。電晶體愈多，代表晶片執行運算的速度也愈快。
摩爾定律代表二十世紀資訊科技的發展，係以「指數級數」的速度向前飛奔，過去三十五年來，摩爾定律屢試不爽。不過，質疑與挑戰的聲音也愈來愈多。
在愈來愈高的質疑聲中，摩爾去年年中宣布自英特爾名譽董事長職位上退休，他本人對於摩爾定律還能維持多久，雖然不置可否，英特爾現任執行長貝瑞特倒是堅稱，摩爾定律至少還有一、二十年的壽命。
摩爾當年並沒有想到此定律可以維持如此之久。但嚴格說來，真正讓摩爾定律撐下來的，其實是三十餘年來持續投入的可觀人力、物力及財力。
換句話說，英特爾、IBM、貝爾實驗室等單位多年來的「科學競賽」，才是摩爾定律得以驗證、並歷久不衰的主因。
1947年，貝爾實驗室兩位科學家發明了電晶體，厚度相當於手錶錶面，長度約為二‧五公分。現在的電晶體愈做愈小，貝爾實驗室去年又發表了最新一代的單一分子電晶體，體積卻小到可以在大頭針針頭上放進一千萬個，大小約只有一粒沙的百萬分之一。
這場半導體界的競賽，目標就是「更小、更快」，二十一世紀的第一年，競賽更是到達了顛峰。
延長摩爾定律壽命
電晶體愈做愈小，難度自然也就愈高。隨著晶片體積的縮小，電晶體的耗電量和產生的熱能也不斷增加，曾有科學家估計，如果依照摩爾定律繼續發展，十年之後，晶片產生的熱能，可能等同於核子反應爐或太陽表面的溫度，除非在材料技術上有所突破，否則根本不可能散熱。
英特爾去年除了推出P4微處理器，更宣布成功發展一種命名為「TeraHertz」的電晶體，每秒運算速度可超過一兆次，相當於飛機推進器每秒轉速的一百億倍。它使用了製造電晶體的新結構和材料，減少自然電阻，可以幫助降低熱度和能量的耗損，並且大幅加快晶片運作速度，同時可以不增加耗電。
IBM去年則是宣布成功研發「雙閘極」電晶體。電晶體是用來控製電流開關的矽元件，目前是單一閘極，當晶片體積愈來愈小，單閘極無法避免電子外洩，進而造成電晶體短路。如果可以成功發展雙閘極技術，確保電流不外洩，大幅降低電力損耗及溫度，電晶體也就能愈做愈小。
英特爾與IBM都宣稱，預計五至六年後可以量產上述製程，然後將摩爾定律的壽命再延長十年，也就是說，至少可以到2015年。
但是，之後呢？至少到現在，很多科學家是悲觀的，由於矽的結構使電晶體無法縮得更小，「更小、更快」的目標將達到物理極限，無論在技術上、在自然法則上，都指稱摩爾定律將有一定的極限。
也就是說，用矽或金屬做導線及元件的材料，只能停留在次微米階段，不可能再縮小十倍。
利用化學技術縮小積體電路
那麼，只好放棄矽晶體？在幾年前，這還是一種不可思議的想法，現在卻已有多種管道驗證可行，幾年前有人思考「量子電腦」或嘗試「DNA電腦」，而在去年大有斬獲的，則是「分子電腦」的概念。
分子是具有物質本性的最小單元，由原子經化學鍵組合而成，如果積體電路由分子組成，自然可以再縮小。科學家希望利用化學技術讓積體電路縮小到只有一個分子的大小，如此的分子電腦將大量節省空間與電力，並讓電腦的運算速度增加千萬倍。
其中，如何讓分子積體電路的元件可以順利溝通，曾是一大難題。台灣的科學家曾藉由合成可以吸附在金和銀表面的金屬鏈錯合物，在介面和薄膜之間傳送電子，形成長鍵而且可以導電的「分子導線」。分子導線的未來發展不會用來輸送大量電流，而是用於分子積體電路。
去年8月，IBM先發表了利用「碳奈米管」製成簡單的邏輯電路——僅有幾個分子寬的晶體組。奈米管是碳原子組成的結構，十年前被發現；「奈米」指十億分之一公尺（或稱為毫微米），也就是分子元次的長度單位。當今電晶體內的電線寬距約為五百奈米。
貝爾實驗室去年11月開發出一種以簡單有機分子（包括碳、氫、硫），製造出新型超小電晶體，他們稱其為「有機電晶體」，然後再成功地使用兩個有機電晶體，製出一種簡易的邏輯電路。
雖然距離商業化還有很長的路，真正的分子電腦估計最快要二十年後才會出現，但科學的進展有時總讓人意外。過去科學家曾預測在2005年才會出現的簡單分子邏輯電路，如今卻已提早問世，未來難保不會再有驚喜。
有的科學家甚至早早地預言，分子電腦有朝一日將取代現有的矽晶片電腦，效率將提高一百萬倍，而且最後可能小到可以織在衣物之中，這種體積小、速度快、價格低廉的電腦，將可以做到我們無法想像的事。
科學的進展真的很難令人想像，有時也不太容易讓人接受，當然，摩爾也是一樣。摩爾退休之前，曾接受《紐約時報》的專訪。記者問他，資訊科技如此迅速發展，什麼事會讓他擔心得晚上睡不著？
他的答案竟是「電子郵件」——現在連小學生都會使用的工具。
因為他總是記得以前，許多英特爾工程師坐在一起工作的場景，現在大家卻各自坐在電腦前，提高了效率，卻造成了疏離。不過，他又補充強調，別太擔心，造成人們行為大幅改變的事，多半會要求放棄以往的習慣，這就是科技。（本文作者為資深科學記者）（專欄言論不代表本刊立場）
