自从摩尔在1965年预测计算机芯片上的晶体管数量将会每两年翻一番以来，电子行业一直在以惊人的准确性努力实现这一发展目标。半个多世纪后的今天，这个众所周知的摩尔定律已经确立了计算技术进步的稳定步伐，从而带来一代又一代越来越智能、更快速、更小型的电子产品。
当IBM在2021年推出2 nm芯片技术时，这被誉为整个半导体行业的重大突破，能够将500亿个晶体管放置在指甲大小的空间中，预计将比最先进的7 nm节点芯片提高45%性能，以及降低75%能耗。
对于产品设计人员来说，这项变革性技术旨在将手机电池寿命提高四倍、减少数据中心的碳足迹、加速笔记本电脑的功能，并加快自动驾驶汽车的反应时间。简而言之，更小、更快、更高效的芯片为有意提高产品性能的设计人员提供了更多选择。然而，设计人员必须首先清除越来越多的障碍，这些障碍需要全新水平的跨学科问题解决方案，以满足业界对增强组件和缩小产品外形尺寸的强烈需求。
产品设计机会和代价
当今产品设计人员面临的最关键问题，是在功能优势和运作代价之间找到合适的平衡。这就需要对不同的设计考虑因素进行严格的评估，以确定每项新特性或功能对机械性能、可操作性和可靠性的潜在影响。同样重要的是识别电气性能的任何潜在问题，例如以降低功耗和延迟，同时实现更高的速率和频率。
经验丰富的设计人员正在采用更专业的方法，包括创建具有跨学科技能和专业知识的团队，他们精于探察和协调处理较小空间和形状的不可预见挑战。为了解决一系列小型化难题，需要机械、电气和散热工程师从一开始就参与到整个过程中来，即采取“全员参与”的方法。最新制造工艺创新和自动化方面的实践经验至关重要，因为现在许多组件太小，无法手工放置，这就需要高度自动化制造技术的专业知识。
在设计难题中，每位利益相关者的部份都必须无缝集成到一个模块/设备中。每个市场在小型化方面都有不同的权衡要求。在数据中心领域，数据速率是主要关注点，而稳健性在工业和消费类设备产品中占据主导地位。
例如，在移动手机市场，5G发展前景正在加剧对小型化的需求，主要是因为5G相关功能需要更多的电能，因此需要较大的电池。要求其他组件缩小尺寸的压力增加，工程师要使用更小的射频(RF)连接器以及不同高度的连接器来应对问题，以提供更大的组件贴装灵活性。
当Molex莫仕开发时，全球专家团队充分利用在RF和天线设计、高速连接和批量制造方面的丰富经验，支持5G的更高频率，同时提高信号稳定性、稳健性能和快速组装的标准。这种端到端的整体产品设计方法带来了节省空间的解决方案，旨在满足频率高达25 GHz的5G mmWave应用需求。
专家团队面临的诸多障碍之一，是避免信号泄漏的严格要求，这促进开发了全新的无间隙制造方法，以及实现最佳信号完整性的完全电磁干扰（EMI）屏蔽。为了实现目标，该团队将传统的设计和制造规则与更具创新性和协作性的设计方法相结合。这种方法有助于缓减在更高速率下普遍存在的常见问题，例如信号丢失、干扰和串扰。
通过实现关键电气、机械和环境要求的战略平衡，该团队能够在几个月内提供工作设计原型，然后快速扩大批量制造，比如每月为一家领先的智能手机制造商生产500万个连接器产品。在每一个设计步骤中，通过想法交流和性能模拟，可以同时提高电气性能和机械性能。与此同时，制造工程师确保成型，冲压和电镀生产运作爬坡，并准备进行批量生产。
风险管理要集体解决，各个设计人员分享不同的经验以找到共同的线索，并相互学习。 可以理解，每个过程或功能都有自己的设计规则，包括某些必须考虑的余量。但是，为了加速小型化进程，需要降低整个系统或过程的风险，可参考从其他行业获取的见解和想法来进行提升。
电动汽车的兴起是另一个发展趋势，创造了对更轻电子产品的需求。大型工业设备可以从机械臂上重量敏感的微型传感器中受益，而企业数据中心不断增长的带宽需求正在推动精细间距互连的重大进步。
专注于互联医疗应用的设计人员和工程人员也需要高度专业的小型化知识，对于创建高密度的复杂功能，专业开发移动和/或可穿戴设备的人员可能拥有最精辟的见解。
连接器难题
在发展小型化的刺激下，设计挑战和代价权衡似乎没完没了，其中之一是电路板和组件之间的连接正在发生变化。电气连接器在产品设计中起着至关重要的作用，同时提供线对板、线对线、板对板、柔性扁平电缆（FFC）、柔性印刷电路（FPC）、输入/输出（I/O）、电源和射频（RF）连接方面的多种选择。 随着整体设计尺寸缩小，连接器也必须缩小。
小型化连接器提供更高水平的配合能力、坚固性、接触可靠性、电流容量和可焊性，虽然不起眼，但在当今许多解决方案中扮演关键角色。这项任务并非没有明显的难题，虽然较小的连接器引脚可能提供更高频率的信号，但很难与机械性能相平衡。此外，较小的连接器尺寸可能会在高速信号和RF信号之间产生干扰。因为尺寸与性能直接相关，人们需要权衡多种折衷平衡因素。也要考虑机械限制，例如，汽车行业的连接器必须坚固，防水和防振。
为此，设计人员并非无止境地不断尝试缩小连接器尺寸，在连接器布局方面也要越来越有创意。去年，Molex莫仕宣布推出，该连接器采用交错电路布局，相比传统连接器设计节省30%的空间。Molex莫仕与一家主要智能手表制造商的产品开发人员长期合作，促成了这项创新设计，该设计将引脚以0.175 mm信号触点间距分布在四行中。 除了前所未有的空间节省外，这种设计还实现了高密度电路连接，非常适合空间受限的智能手机、智能手表、医疗可穿戴设备和增强现实/虚拟现实(AR/VR)设备。
可穿戴设备一直是小型化要求最严苛的范畴，这一细分市场要求将新功能嵌入到极小的封装中，因此始终需要缩减高度和长度。
对于下一代RF连接器，最大的障碍是提供更高的速度/频率、信号完整性（如阻抗匹配和隔离性能），同时平衡机械性能，同时还要减少占位面积。新兴应用将继续推动下一代连接器设计的进步。
以可制造性为主导的设计原则，已经因为应用要求连接器只有米粒大小而受到挑战。在这方面处于领先地位的制造商正在应用包括多个视觉检测系统在内的全自动化流程，以确保精确的尺寸管理。手工装配受到淘汱的日子越来越近，制造商必须逐步采用和扩展以机器人为中心的装配方法。小型化的发展势头并不是唯一的动力，因为制造商必须遵守严格的质量保证计划（QAP）的改进。同时，由于需要更高的功能性，模块的成本变得更昂贵，组装过程中的故障率增加了每台设备的成本。因此，有时需要更坚固的连接器，而不仅仅是追求小型化。
为了缓减设计关键连接点的难题，工程师应该在系统/架构设计阶段的早期就让机械和连接器专家参与进来。这不仅将降低连接的复杂性，而且可以为优化整个系统设计(包括成本和可制造性)做出显着贡献。
将创新付诸行动
为了最大限度地减少围绕成本、空间、连接性和功能性之权衡折衷，最佳途径是工程人员聚集一堂，优先考虑他们需要在可接受的窗口内实现的目标。依靠具有更高引脚数和越来越小之连接器的新型处理器，可能是满足短期需求的可持续解决方案，但从长远来看，这并不是正确的方法。
在某些情况下，不可能延长现有技术的发展轨迹和极限，因此必须创建新的技术，以提供具有超低功耗，高速信号处理和融合VR的产品，并辅以先进的预测技术。NTT Group正在开发概念，努力实现这一目标。这项概念与包括英特尔和索尼在内的近30家其他企业的工作不谋而合——大家一起开发在各个层面都采用光学技术的全光子网络，涵盖从网络到设备，甚至在芯片内部。
然而，如果现时小型化连接器可用于更高速率应用，并且某些数字信号可以集成到一个更高的信号中，则通过应用串行器/并行器（SerDes）芯片或许可满足该需求。 当然，这只是一种选择，但需要开发其他潜在的替代方案来维持创新。
显然，处理小型化的细微差别是团队工作，因此热衷协作的产品设计人员将变得越来越重要，推动新产品和连接创新，同时解决电源管理、信号完整性和可制造性问题。当一群工程师深刻理解为什么需要创新时，他们能够专注开发多种替代方案，并指出每种方案的利弊。
随着这个行业的发展越来越接近物理极限，纵使真的能够进一步缩小尺寸，但代价也越来越高。 那么，摩尔定律将被什么所取代呢？在短期内，业界更频繁地提供专为每项功能设计的专业芯片，例如AI加速器、GPU或视频加速器。然后这些chiplet可用于2D或3D堆叠的多芯片模块中。展望未来，正在考虑的一些解决方案是使用忆阻器或石墨烯加工来设计量子计算机。
虽然小型化发展的时机和权衡代价将继续因产品、行业细分领域和合作伙伴生态系统而异，但有一些普遍适用的真理。无论在任何情况下，最终都是要确定最佳的前行道路，通过应用工程技术、规划和制造专业知识和经验的正确组合，在创造价值的同时控制成本。
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