【作者 濮元恺】我不知道自己的学识能否写这篇文章，也不确定能否准确表达自己的观点。但基于多年的积累和观察，我有很多话想说，这篇文章将从生产工艺和芯片设计的角度阐述当今cpu的发展趋势。很多资深的硬件爱好者也能从中了解到更多芯片设计的知识。如果仔细阅读文章，你将能更彻底全面的解释有关cpu的很多问题，比如pentium 4频率为什么止步于3.8ghz，同样频率下athlon为什么比pentium 4效率高。作为作者，我更希望这是一篇有价值的文章。



■从摩尔定律说起


四十多年前，intel的创始人戈登摩尔（gordon moore）通过长期的对比，研究后发现：cpu中的部件（我们现在所说的晶体管）在不断增加，其价格也在不断下降。“随着单位成本的降低以及单个集成电路集成的晶体管数量的增加；到1975年，从经济学来分析，单个集成电路应该集成65000个晶体管。”intel此后几年的发展都被摩尔提前算在了纸上，使人们大为惊奇，“摩尔定律”也名声大振。为了让人们更直观地了解摩尔定律，摩尔及其同事总结出一句极为精练的公式 “集成电路所包含的晶体管每18个月就会翻一番”。

　



从摩尔定律之诞生后，芯片产业有了前进的方向：为了不断提升性能，工程师要做的是不断向芯片中添加足够多的晶体管。但这个方向很快就受到了挑战，intel在70年代末就发现摩尔定律的预测偏离了实际，并做出了少许修改。其实摩尔定律起初只是简单观察的结果，不过却由intel不断扩充和执行下以及成为他们最喜欢的方式，同时也是这家技术水平高、生产潜力大的企业的最有利可图的模式。

在2003年isscc大会上，摩尔本人就指出了摩尔定律中的另一个错误，即晶圆尺寸的发展并没有按照摩尔定律预测在2003年发展到53英寸，现在只发展到12英寸（300mm）。2003年摩尔本人提出对摩尔定律质疑的主要原因，就是半导体生产工艺在0.18mm后漏电率快速上升，到0.13mm后更为严重。漏电率快速上升现象的出现，使得90nm、65nm及以后的半导体生产工艺、尤其是需要高速运行的cpu生产工艺面临严峻挑战。

摩尔定律在拉动着芯片产业飞奔的同时，在现实中的表现也常常让人们担心。国际半导体技术蓝图机构(itrs)为ic组件的发展起草了一份雄心勃勃的发展规划，同时也提出警告，晶体管数目的增长速度显著快于设计能力的提高速度。不过，itrs认为在设计技术之外，设计成本才是对半导体技术可持续发展的最大威胁，并导致设计和生产力之间产生鸿沟。在cpu生产厂商方面，按照摩尔定律这个速度发展，到本世纪末，处理器生产线投资至少是数千亿乃至上万亿美元。谁投资得起？投资能回收吗？it产业能在这个方向上健康发展下去吗？

但另外一个现象引起又我们注意：摩尔认为，尽管摩尔定律并不总是正确的，却似乎总可以延续下去。按照专业人士的分析，cpu的发展在触及摩尔定律的极限之前，将朝着更高性能、更低功耗、更低成本的方向发展，在可预见的未来，cpu的处理能力将继续保持高速增长，小型化、集成化永远是发展趋势。

总之在过去的四十多年，半导体工业的发展突破了一个又一个看似不可能跨越的瓶颈，神奇地遵循着摩尔定律，如今的半导体科技已经达到了几乎不可能为之的地步。而这一切都得益于生产技术的不断进步，可以预见伴随着处理器的发展，生产技术这种发展趋势仍将持续下去。

从实际情况来看，intel最新发布的桌面级cpu——pentium extreme edition 955，使用更先进的65 nm制程，集成了3亿7600万个晶体管。已走入不惑之年的摩尔定律面临不少问题，比如计算机整体架构落伍、漏电率和功耗、经济鸿沟，但其还继续着辉煌，这是为什么呢。下文将从生产工艺和芯片设计的角度阐述当今cpu的发展趋势，希望能解答大家对当今cpu发展的少许不解，以便让大家火眼金睛看清这场精彩纷呈的cpu斗争。
■不断进步的生产工艺


1、cpu的生产过程

要了解cpu的生产工艺，我们需要先知道cpu是怎么被制造出来的。让我们分几个步骤学习cpu的生产过程。

（1） 硅提纯

生产cpu等芯片的材料是半导体，现阶段主要的材料是硅si，这是一种非金属元素，从化学的角度来看，由于它处于元素周期表中金属元素区与非金属元素区的交界处，所以具有半导体的性质，适合于制造各种微小的晶体管，是目前最适宜于制造现代大规模集成电路的材料之一。
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