摩尔定律自1965年提出以来，成为半导体行业发展的重要指导原则，其核心观点是每隔约两年，集成电路上可容纳的晶体管数量便会翻一番，从而带来性能提升与成本下降的双重效果。长期以来，这一定律推动了电子产品不断刷新性能极限，同时促进了计算能力的爆炸式增长。然而，进入21世纪第二个十年后，摩尔定律逐渐显露出不可持续的迹象，半导体制造正面临前所未有的复杂技术与经济挑战。 随着晶体管尺寸不断缩小，光刻技术和材料科学渐渐逼近物理极限。传统的纳米尺度测量指标如“纳米工艺节点”已经不再反映真实的晶体管物理尺寸，厂商间开始使用更细微的单位如埃（angstrom）来重新标注技术节点，同时该指标也带有越来越多的市场营销性质。当前最先进的芯片制造工艺已经使用基于极紫外线（EUV）的光刻技术，其波长约为13.5纳米，远小于此前紫外光刻所能达到的分辨率。
然而，即便是EUV技术，也无法无限制缩小晶体管尺寸，这主要受制于光刻波长和材料工艺的双重限制。 光刻技术的进步体现出工程上的极限挣扎。多重图案化工艺曾是突破传统波长限制的手段，通过多次曝光实现更细致的线路制造，但这一方法极大地增加了制造复杂性与缺陷率，降低了产能并推高成本。最新一代的高数值孔径（High-NA）EUV机器虽然将分辨率进一步提升至6至7纳米，但这依旧远高于单原子层级。若想进一步前进，需采用波长更短的硬X射线光刻技术，但该技术目前因光学材料反射率低和光阻材料的化学极限难题，尚未实现大规模工业化。 光阻材料的限制同样严峻。
目前使用的基于高分子链的光阻化合物无法在纳米级别以下保持其化学反应的有效性，这在大约5纳米以下便现出瓶颈，阻碍了光刻技术的继续缩放。这些物理与化学上的极限意味着晶体管的尺寸即使在工艺节点继续推进，实际上的性能提升将逐渐边际递减。 晶体管结构的演进体现了半导体工艺从平面晶体管向三维结构转换的趋势。十五年前，传统平面晶体管因无法有效抑制漏电流而被采用了三栅极鳍式场效应管（FinFET），该技术通过将控制栅包裹晶体管通道三面，极大增强了电流控制能力。FinFET的引入虽改善了短沟道效应，但工艺复杂度和制造成本大幅提升。一经推行，多家企业便开始放弃摩尔定律式的盲目追求，集中精力优化成本和设计创新。
时至今日，FinFET也正逐渐走向极限，下一代技术门槛为环绕栅晶体管（GAAFET）。GAAFET将控制门包裹通道的四面，并可叠层堆叠多个晶体管以提升性能和可靠性。尽管工艺更为精细、控制更精准，但制造难度和缺陷率也随之飙升，投入巨大，而这一代技术预计仅能持续两代工艺迭代后便面临尘埃落定的局面，意味传统路线可能即将终结。 摩尔定律背后的经济考量也日益引人关注。半导体工厂的建设成本经历了指数级增长，从二十多年前的数十亿美元攀升至如今近千亿美元级别。随着技术门槛提高，与之配套的设备如EUV光刻机价格更是高达数亿美元，导致能够承担这类投资的企业屈指可数，产业集中度显著提升，市场竞争面临“强者恒强”的格局。
制造成本和设备成本飞涨带来了极高的入门壁垒，中小企业和初创企业难以进入高端芯片制造领域，创新动力因此受限。 芯片设计上，十多年来，中央处理器（CPU）主频增长几近停滞。2000年时，业界期待处理器主频达到10 GHz，然而到了2025年，大多数高性能笔记本电脑的最高加速频率仅约4 GHz。这一现象与丹纳尔定律（Dennard Scaling）的终结密切相关。丹纳尔定律指出，晶体管缩小的同时能效保持不变，但随着漏电流和功率密度的上升，这一规律失效，意味着功耗和散热成为限制性能提升的主要瓶颈。 为突破上述困境，大型企业纷纷探索芯片背面供电技术，尝试将电源线布置到芯片背面以降低功耗和寄生电容。
虽然这项技术较为前沿且面临极高的制造难度，但能够带来适度的性能提升，成为一些厂商争相布局的关键。但总体而言，这不仅是技术战，更是资金和合作链条的博弈，期望通过优化设计挖掘最后一丝性能红利。 近年来芯片制造向“芯片组装”方向转型，通过芯片堆叠和模块化设计来规避晶体管缩小受限的问题。芯片“芯片片”（chiplet）模块化结合能够有效组合不同工艺节点优势，实现性能与成本的平衡。这种设计增加了制造灵活性，但也带来更高级别的系统集成复杂度。 光掩膜费用的飙升成为抑制芯片制造成本的另一大难题。
随着技术节点的推进，单套掩膜成本从几十万美元暴涨至数千万美元，令小批量或中小客户望而却步。这使得晶圆代工厂往往只能依赖大型客户支撑，减少了客户多样性，增加了定价风险，产业链体系也变得更加脆弱。 未来技术路线可能不再单纯依赖晶体管尺寸缩小，而是在芯片架构、制造工艺以及材料革命方面寻找突破。有观点认为，未来计算机的发展或许不会再像过去那样频繁更替硬件，而是延长设备使用寿命，类似于汽车“二手市场”的模式。高质量的计算资源得以长时间循环使用，从而缓解对极致制造工艺的依赖。 此外，针对半导体制造业巨大的复杂供应链，垂直整合可能成为趋势。
过去的多家设备供应商与芯片制造商相互依赖，技术协同耗时且存在低效重复，产业整合或将促进成本降低和创新加速。 摩尔定律的终结不代表计算技术的终结，而是技术创新和产业模式转型的开始。芯片设计师、制造商以及软件开发者需要重新审视现有的假设和工艺限制，打造适合后摩尔时代的计算平台。芯片从业者需要关注高并行度容错结构、专用集成电路以及异构计算的机会，充分利用新材料和新架构的可能，同时兼顾制造可承受性和市场需求。 综合来看，摩尔定律的不可持续性是由多种技术壁垒和经济现实共同塑造的。虽然半导体行业面临严峻挑战，但这也是推动创新多元化发展的机遇。
通过突破传统微缩制造的瓶颈、优化芯片设计架构和重塑商业生态，半导体产业仍有望迈入一个全新的时代。未来的计算将不再只依赖晶体管数量的增长，而是更注重整体系统效能、功率效率和应用适应性，这种转变深刻影响着信息技术的未来格局和全球数字经济的发展方向。
