前言:新制造技术为我们带来什么?
目前大家在评价一款处理器时,最先考虑的往往是它的工作频率、前端总线、缓存容量等等性能指标,而对处理器背后的生产技术往往视而不见。不知你是否知道,半导体技术的发展,特别是半导体制造工艺的发展,对CPU和显示芯片的性能起相当重要的作用。
从1995年以来,芯片制造工艺的发展十分迅速,先后从0.5微米、0.35微米、0.25微米、0.18微米、0.09微米一直发展到目前应用的0.065微米,整整花费了10年时间。而每次新制程的引入,都对处理器技术发展动态、处理器性能、处理器功耗有着至关重要的影响。
人人都知道研发新技术需要巨额的前期投入,在微电子领域无论是生产线升级又或者是转换新工艺往往意味着巨大的“资金无底洞”,那为什么还有众多生产企业对引入新生产技术乐此不疲呢?
 首先,新的生产工艺可以提高芯片的集成度。在不增加芯片面积的情况下,使用更精细的生产工艺可以比老工艺大大增加的晶体管数量,并可以扩展新的功能。例如,比如Intel最新的扣肉处理器,拥有2 × 2MB的L2 Cache,1MB容量的二级缓存就需要占用5000万个晶体管,这是一个相当惊人的数字。
而按照现有发展趋势,每隔两年CPU的二级缓存容量都会增大一倍。如果还使用以前的90nm工艺将难以实现。那么厂商是如何在处理器那么狭小的空间内集成越来越多的晶体管呢?这时厂商就必须进步缩小硅晶片内微细元件的尺寸以腾出空间来容纳增加的晶体管和元件。采用更先进的、蚀刻尺寸更小的技术成为了厂商们必走之路。
同时随着晶体管尺寸的缩小,每颗晶体管的单位成本也有所降低,而整体的微型化同时也缩小了门极尺寸。门极是晶体管中负责阻挡或让电流通过的开关,门极越窄,晶体管开启与关闭的速度越快,使用晶体管的线路因而得以提高其速度上限。因此,处理器含有越多的晶体管,它们的速度就越快。
其次,新工艺引入的另一个好处就是是功耗降低,提高处理器主频是提高处理器性能的主要手段之一,但是由于提高主频后整体功耗会随之上升,所以提高制造工艺也可以有效降低功耗,提高处理器主频。并且在降低处理器功耗的同时,处理器整体的超频能力也得到大幅度提升,每次提升制造工艺后,往往就会成为新一代超频极品,也正是这个原因。
最后,在芯片性能方面,更先进工艺的引入使得导电沟道长度减少,可以使用更多先进的材料,从而使晶体管的(开关)速度加快,大大提高芯片的整体性能并降了低功耗,热量的降低反过来又可以增加元器件的稳定度、延长使用寿命。并且采用最新制造工艺后,相同晶体管会占据更小的面积,使一块晶元能够切割出更多处理器,使整体处理器成本降低,直接结果就是单颗处理器售价降低。
在处理器生产技术发展这个过程中,英特尔始终是领先了一步,IBM、摩托罗拉、AMD、TI、富士通、台积电、联电等半导体企业一直都是落后了半拍。但它们对于新工艺的转换同样十分积极,他们也正在努力向新一代的65纳米技术过渡。今天,我们在就里先向大家简单介绍一下近两年来英特尔从90nm到65nm的发展之路,希望能让你从另一角度对处理器技术有着更深入的了解。
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