晶体管六十年 多核处理器未来更精彩

摩尔定律下的晶体管发展

1970年秋天，世界上***颗处理器在英特尔诞生。这颗命名为4004的处理器采用10微米工艺，内部仅集成了2250个晶体管，主频为0.74MHz，只能进行4位运算。虽然按今天的眼光来看这颗处理器的规格微不足道，但是它却改变了今后世界生活和工作的方式，揭开了今后近四十年微处理器发展的序幕。

Intel 4004

2009年的ISSCC大会上，英特尔公布了8核心Nehalem-EX至强处理器的细节，采用45纳米工艺的Nehalem-EX将集成23亿个晶体管，集成内存控制器，集成8个缓存片，组成24MB的三级缓存，支持SMT技术，每个核心可以支持2个同步线程。

从电子管到晶体管，从***颗处理器的2250个到即将发布的Nehalem-EX的23亿个，60余年间，芯片行业发生了翻天覆地变化，摩尔定律推动的处理器的更迭也在不断改进着人类计算的方式。摩尔定律会一直适用吗？在处理器的发展过程中无数人产生过这样的问题。

在人们理所应当的认为处理器就是一个核心的年代，人们也习惯于在小小的芯片上塞进更多的晶体管，换来频率和性能的提升，同时也在忍受着处理器功耗和热量的攀升。起初，这种代价被认为是理所当然，是可以接受的。单核心的时代，人们在也在尝试着处理器究竟可以集成多少晶体管，频率是否可以不断地突破极限，而热量和功耗也可以控制在一个可以接受的范围。

当4GHz处理器在规划阶段时，英特尔对一直奉行的“高主频=高速度=高性能”的理念产生了怀疑，人们也再无法忍受动辄百瓦以上的功耗和硕大的散热器，迫于4GHz处理器的热量限制，2004年，英特尔不得不取消了这款史上***频率处理器的研发计划，自1965年就开始统治芯片发展的摩尔定律***次轰然倒地，人们在想，摩尔定律终结了，那么今后，处理器又该向哪个方向发展？

制程和微构架：多核之路两大后盾

单核心处理器发展到了极限，AMD和英特尔将眼光放在了多核处理器上。将多个核心置入单一芯片中，每个核心以较缓慢的速度运转，这样既能减少运转消耗的能量，又能减少运转生成的热量。此外，集多个处理器的能力，可提供比单一处理芯片更大的处理性能。不管是AMD还是英特尔，发展多核处理器的基本思想也是相同的。不过最初产生分歧的是，AMD倡导的是“原生”多核，即在一片晶圆上集成多个处理器核心，而英特尔是将多个处理器集成在一个处理器中。

多核心技术的发展为处理器找到了一条可持续发展的道路，也让神奇的摩尔定律再度延续，但在多核之路上顺畅发展也需要两个强大的后盾：制程和微构架。英特尔制程工艺从90纳米进步到65纳米、微构架从NetBurst进步到Core，给英特尔处理器带来了***的能效提升，在服务器处理器市场稳稳占据了老大的位置，不过工艺进步到65纳米，二氧化硅材料的限制带来了另一个瓶颈。