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自1971年第一台微处理器问世以来，这48年里，芯片特定区域可以容纳的电子元件数量增长了7个数量级。相当于每两年翻一番。
你可能认为以前的真空管电子器件的性能无法与改进后的相比较。但并非如此。只是改进的关键指标不同而已。
最简单的真空管——二极管于1904年由约翰•A.弗莱明（John A. Fleming）发明；3年后，李•德福雷斯特（Lee de Forest）发明了三极管，紧接着，四极管和五极管于20世纪20年代问世。这些“网格”管利用电网中的电压来调节来自电子源的电流。另一种真空管磁控管通过磁场挤压电子产生微波，于1935年获得了第一项专利，并于1940年在英国首次部署在雷达上。速调管（用于雷达，后来用于卫星通信和高能物理）于1937年获得专利，回旋管（产生毫米波长的功率，用于加热材料和等离子体）于20世纪60年代中期首次在苏联推出。
连续几代真空管在功率密度（即通过器件可以传输的最大功率）上有着跳跃式的提高，其与电路横截面积成正比，与工作频率成反比。1960年，RCA微波研究实验室主任利昂•勒佳（Leon Nergaard）提出，将平均功率密度作为比较这些不同器件性能增长水平的一个优值。40年之后的1999年5月，维克多•L.格拉纳斯坦（Victor L. Granatstein）、罗伯特•K.帕克（Robert K. Parker）和卡特•M.阿姆斯特朗（Carter M. Armstrong）在《IEEE学报》（Proceedings of the IEEE）中预估，这个数值由功率（兆瓦）乘以频率（千兆赫）的平方得到，单位为（MW）(GHz)2。
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研究人员连续展示了一波又一波创新浪潮：早期真空管的功率密度首先被磁控管的密度超越，然后被速调管的密度超越，最后，在20世纪70年代，回旋管振荡器和自由电子激光器有了更高的密度。每种器件系列都遵循一个逻辑曲线，在它屈服于下一个系列之前都接近其性能极限。
20世纪30年代中期至20世纪60年代末，网格管（三极管及更高水平的真空管）的最大功率密度增加了4个数量级。同时，腔磁控管和交叉场放大器的功率密度增加了5个数量级；1944至1974年，速调管的最大功率密度增加了6个数量级。20世纪60年代至2000年，回旋管和自由电子激光器也得到了同样的改进。
如果将整个逻辑曲线序列绘制成一张半对数图，曲线的包络线会形成一条直线，表示每10年增长了近1.5个数量级。看到这张图时，我意识到，上升速度一定非常接近摩尔定律所规定的增长速度，而一个简单的计算证实了这个速度。从1935到2000年，线性包络线的平均年增长率表明，真空电子器件最大功率密度的增速差不多刚好是35%，几乎与1965年后芯片晶体管数量的平均年增长率相同。
当然，真空管和集成电路的趋势线涉及的优值不同。但值得注意的是，前者与后者在各自领域的发展速度一样快。早在1965年戈登•摩尔提出摩尔定律之前，摩尔定律就已经在电子学中生效了。
来源：悦智网
作者：Vaclav Smil
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