从10μm到45nm!英特尔CPU工艺发展史
自1947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,仍是缩小设计及延续摩尔定律 (Moore ' s Law) 的最大障碍,因此业界必须以新材料取代过去40年来制作晶体管的材料。
翻查晶体管历史,2007年正好是晶体管诞生60周年,首颗晶体管出现于1947年12月16日,贝尔实验室 (Bell Labs)的William Shockley、John Bardeen和Walter Brattain成功制作第一个晶体管,改变了人类的历史。那么,在这60周年的今天,Intel公司将首次推出45nm工艺处理器。
Intel首款45nm工艺处理器即将诞生
首先我们来了解一下摩尔定律,是由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”。
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1965年推出的10微米(μm)处理器后,经历了6微米、3微米、1微米、0.5微米、0.35微米、0.25微米、0.18微米、0.13微米、0.09微米、0.065微米,而0.045微米的制造工艺将是目前CPU的最高工艺。以下我们就来简单的见证一下Intel CPU工艺制程一路走来的风雨历程。
● 从Intel第一个10微米4004处理器说起
奇怪的是每当新一代CPU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。
1965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1971年,Intel发布了第一个微处理器4004。4004采用10微米工艺生产,仅包含2300多个晶体管,时钟频率为108KHz。由于功能较弱,计算速度慢,4004只能用在Busicom计算器上。
4004处理器全家福
接下来到了1974年,主频为2MHz的8位微处理器8080问世,它采用6微米工艺,集成了6000个晶体管。由于它采用了NMOS(N沟道MOS)电路,因此运算速度比8008快10倍,后者采用了PMOS(P沟道MOS)电路。之后,在1978年Intel又陆续推出了8086处理器,这时工艺已经缩减为3微米工艺,含2.9万个晶体管,频率有4.77MHz、8MHz和10MHz。
Intel 486处理器芯片内集成了125万个晶体管
直到了1983年,Intel首次推出了新型处理器286,它含有13.4万个晶体管,频率为6MHz、8MHz、10MHz和12.5MHz。随后1985年,推出了386处理器,含27.5万个晶体管,频率为16~33MHz,具备初级多任务处理能力)等处理器。1989年,Intel发布了486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25MHz逐步提高到33MHz、40MHz、50MHz、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125万个晶体管,这时芯片内的晶体管数量已经超过了Intel 4004处理器内晶体管数量的五百倍。
Pentium让CPU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1993年,采用800纳米的奔腾(Pentium)的出世,让CPU全面从微米时代跨入了纳米时代。奔腾含有310万个晶体管,代表型号有Pentium 60(60MHz)和Pentium 66(66MHz)。此后,Intel又推出了奔腾75MHz~120MHz,制造工艺则提高到500纳米,此后CPU发展直接就跳转至350nm工艺时代。