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1、摩尔定律仍硬朗!英特尔CPU工艺发展史集成电路芯片上所集成的电路的数目,每隔18个月就翻一番。 微处理器的性能每隔8个月提高一倍，而价格下降一半。 用一美元所能买到的电脑性能，每隔8个月翻两番。 阿基米德在澡盆里发现了“浮力定律”，牛顿在苹果树下获得万有引力，而引领PC发展的nl在激烈的市场中,创造了“摩尔定律”。从摩尔定律提出那一年开始，“C上可容纳的晶体管数目，约每隔18个月便会增加一倍,性能也将提升一倍”的规律，就一直不断向市场兑现。 自197年晶体管发明迄今,科技进步的速度惊人，催生了功能更为先进强大，又能兼顾成本效益和耗电量的产品。虽然科技进展迅速,但晶体管产生的废热和漏电,仍是缩小
2、设计及延续摩尔定律 (Moore sLaw) 的最大障碍，因此业界必须以新材料取代过去制作晶体管的材料。Itel处理器工艺史回顾 翻查晶体管历史，009年是晶体管走过62年的历程,首颗晶体管出现于1年12月6日，贝尔实验室(elab)的Wiliam Sockey、JohBae和WaterBratain成功制作第一个晶体管,改变了人类的历史。那么，在这009年这个Inel的工艺更新年里,Il公司将会首次推出32nm工艺处理器。ntel首款32n工艺处理器已经进入最后的测试阶段 首先我们来了解一下摩尔定律,是由Inl的创始人戈登摩尔（Gordo ooe）通过长期的对比,研究后发现:U中的部件（我们
3、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197年,从经济学来分析,单个集成电路应该集成65000个晶体管。”Inel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”。摩尔定律之父戈登摩尔 之后的芯片内集成的晶体管数量也证实了他的这句话,并且发展速度还在加快。从芯片制造工艺来看，在5年推出的10微米(）处理器后，经历了6微米、3微米、微米、05微米、0.3微米、0.5微米、.18微
4、米、0.3微米、.09微米、0.065微米，而4微米的制造工艺将是目前PU的最高工艺。以下我们就来简单的见证一下Int CPU工艺制程一路走来的风雨历程。从Intel第一个10微米404处理器说起 奇怪的是每当新一代C问世时,人们都会热衷于讨论它采用了多少微米或纳米制程。的确，每一次制程(或制造工艺)的进步都会对芯片制造业产生举足轻重的影响，并演绎一个个经典的传奇。 5年，按照摩尔老先生在文章中提出,芯片上集成的晶体管数量大约每18个月就将翻一番。这意味着，只有不断提高工艺，增加晶体管集成度,才能提升芯片主频和性能。就这样，在971年,ntel发布了第一个微处理器4004。40采用1微米工艺生
5、产，仅包含230多个晶体管,时钟频率为108Hz。由于功能较弱,计算速度慢，04只能用在Busico计算器上。404处理器全家福 接下来到了174年,主频为2MHz的8位微处理器808问世，它采用6微米工艺，集成了00个晶体管。由于它采用了NMS（沟道MO）电路，因此运算速度比8008快10倍，后者采用了MOS(沟道OS）电路。之后，在1978年Inte又陆续推出了808处理器,这时工艺已经缩减为3微米工艺，含.9万个晶体管，频率有.7MHz、8MH和10Hz。nt 486处理器芯片内集成了5万个晶体管 直到了193年,ne首次推出了新型处理器26,它含有1.4万个晶体管,频率为6MHz、8H
6、、10MHz和.5MHz。随后1985年，推出了386处理器,含27.万个晶体管,频率为633Hz，具备初级多任务处理能力）等处理器。19年，ntel发布了46处理器。这款经过4年开发和3亿美金投入的处理器首次突破了100万个晶体管大关,主频也从5M逐步提高到33MHz、4MH、5MH、66MHz,此时,处理器工艺已经全面采用了1微米工艺,并且在芯片内集成了25万个晶体管，这时芯片内的晶体管数量已经超过了Itel 400处理器内晶体管数量的五百倍。Petium让CP工艺从微米时代跨入了纳米随后的一段时期里,CPU制程开始向更高水平迈进。直到193年，采用0纳米的奔腾（Peim）的出世，让CPU
7、全面从微米时代跨入了纳米时代。奔腾含有3万个晶体管，代表型号有Penu60（60MH）和Pntium6（6z）。此后,t又推出了奔腾z20MHz,制造工艺则提高到50纳米,此后P发展直接就跳转至350nm工艺时代。 奔腾深入人心5n过渡250nm时期 95年后，半导体行业已普遍采用0微米（350m）工艺进行主流芯片的生产。从entiu 133开始，ntl也开始采用035微米制程，新工艺的应用使得芯片的尺寸不断缩小,集成度不断提高,功耗降低,性能也相应提高了。 采用.35微米工艺的产品还有Inel的Penu MMX、Pentium o和早期Pentiu （Klamath核心)及赛扬（ointon
8、核心）等产品。.35微米工艺的经典产品:Penium MM Petum MM(多能奔腾,P)是最典型的产品，它是第一个拥有M(ultMdi Exenin,多媒体扩展指令集,是Ie于96年发明的一项多媒体指令增强技术，包括57条多媒体指令）技术的处理器,拥有16KB数据1Cche，6KB指令L1 Cach，具备450万个晶体管,功耗17W。在035微米工艺的帮助下，工作频率突破了200MHz。 那么,随着PU性能及频率的增加,原有的制造工艺已无法满足要求。因此，25微米工艺便应运而生。与0.35微米工艺相比,使用025微米制程可使处理器的运算速度提升一倍以上，且工作电压更低，功耗更少。同时,芯片
9、的封装面积更小、成本更低、功能也更强。 采用.微米工艺的Itel处理器主要有Pentium (Desces核心）、Pntium （Kamai、ConDntia核心）及赛扬(endiin核心）等。老PIII的照片新封装的PII照片 最具代表性的产品当数Katmai及Cofntal核心的Petm ，采用0.25微米制造工艺，集成00万个晶体管，支持包含0条新指令的S指令集，早期版本采用lo 1接口。其中Katma核心的产品运行在10MHz外频下,主频为450MH、0MHz、55MHz。这时的CPU外型有些现在最新CPU的雏形。 塑造经典80n直接跨入1m时期此前,芯片制造工艺的更新换代是以年为一周
10、期,但Inl率先将此周期缩短为2年。我们可以从发现,ntl公司在195年实现了0.3微米工艺量产，197年便已推出0.25微米产品，199年又推出了018微米工艺，而200年则实现0.13微米产品的量产。虽然0.18微米（180）工艺不如01微米工艺那么锋芒毕露,但也不容忽视。 采用.18微米工艺的处理器主要有etiu （oprmie核心）、Petium（Willmete核心)等产品。其中Cppein（铜矿)核心的etu集成了950万个晶体管，主频为50MHzGHz,核心电压.65V,制程从.25微米转向8微米,片内集成56K全速二级缓存,系统总线频率有10Mz和133Hz两种。处理器的来临将
11、工艺缩小为018微米 当然，采用0.8微米工艺的处理器还有entium 4处理器的开山之作性能平平的Wllate，它集成了0万个晶体管,主频为1.3GHz2Gz,采用0.18微米铝布线工艺，二级缓存为2,外频为0z，FSB(前端总线)为40MHz，核心电压为1.75v，ilamte核心的产品有ocke 423/8两种接口。 随着时间的推移,正如摩尔定律所说,制造工艺的进步无可阻挡，CPU在经历了18nm工艺后,在2年直接杀入了130nm时代。与01微米工艺相比,新的0.13微米(130n)工艺的氧化层可减少30%以上,工作电压可达到更低,芯片面积更小。每块芯片的成本将因此大幅下滑,这对提升处理
12、器/显示芯片的价格竞争力大有裨益,芯片使用0.13微米取代018微米工艺便势如破竹，成为了芯片制造界历史上一次重大的变革。 .13微米工艺孕育了多款主流的处理器,其中ntel主要有uaatin系列(Pntum-S及Celern ）、Nortwo系列（Petium 4 ABC、Celen 4)等产品。 在.1微米工艺的帮助下，Itel推出了性能非常出色的ualan(图拉丁）Pentu 。作为ntel在Soce 370架构上的“绝唱”，Tualati核心处理器的电压降至.5V左右，主频范围在1Gz1.4G,二级缓存有51KB(entiu-S）和256K(Pentium和赛扬）,可超频性很强。凭借先
13、进的制程，uli核心Penu的性能甚至超过了.18微米的Pntum。enium4C也是13微米时代的强者,其最大特点是支持80MH前端总线，集成了5500万个晶体管，支持H超线程技术,其较低的功耗和较高的性价比曾一度让人怀疑enu (Prescott)是否有必要推出。 质的飞跃从0nm过渡65nm时期 但最后Inl还是给出了答案,在20年推出核心为Pecott的Pntiu 4E处理器，在此次推出的Pentium 4E处理器中，一个显著的特点就工艺再次改进为90，集成了1亿个晶体管。其中首批90nm处理器型号为.40 Hz、3.20E H、3.0E GHz、.80EGHz P（“E”后缀商标）支
14、持超线程技术，0MH前端总线和MB二级缓存; 但工艺的提升,没有使得功耗降低，主频的提升，使得Pscott功耗开始走高。 此时,Intel推出90m处理器后，并且在最短的时间内宣布全面进入90nm时代。而AMD在工艺制程方面比英特尔显然慢了一大步，因此,在24年，MD和英特尔在制造工艺上的距离已经拉开。 但随着芯片中晶体管数量增加，原本仅数个原子层厚的二氧化硅绝缘层会变得更薄进而导致泄漏更多电流,随后泄漏的电流又增加了芯片额外的功耗。此时,由于受“泄漏电流”的影响，导致后续产品频率无法提升,功耗高居不下。为了从当前的窘境中逃出来,Inte迅速部署65nm产品计划。迅速在20年推出了etiumEteme Ediin95，标志着Intel进入一个新的阶段,6n时代的来临。 Petim ExemeEdtio 955处理器基于65nm工艺,是整个Pentium D90系列双核心产品中最高端的一款。P
