CPU的里里外外 (1)

CPU是中央处理单元(Central Processing Unit)的缩写，它可以被简称做微处理器(Microprocessor)，不过经常被人们直接称为处理器(Processor)。不要因为这些简称而忽视它的作用，CPU是计算机的核心，其重要性好比心脏对于人一样。实际上，处理器的作用和大脑更相似，因为它负责处理、运算计算机内部的所有数据，而主板芯片组则更像是心脏，它控制着数据的交换。CPU的种类决定了你使用的操作系统和相应的软件，CPU的速度决定了你的计算机有多强大，当然越快、越新的CPU会花掉你更多的钱。 　　如今，Intel的CPU和其兼容产品统治着微型计算机——PC的大半江山，所以《CPU演义》系列文章将着重介绍这些CPU以及有关它们的制造过程、运行方式、性能、种类等知识。 　　无论是Intel或AMD的CPU，还是你可能听说过的其他一些 CPU(比如iMac或SGI工作站所使用的CPU)，它们都有很多的相似之处。 　　CPU的核心 　　从外表看来，CPU常常是矩形或正方形的块状物，通过密密麻麻的众多管脚与主板相连。不过，你看到的不过是CPU的外衣——CPU的封装。而内部，CPU的核心是一片大小通常不到1/4英寸的薄薄的硅晶片(其英文名称为die，核心)，如图1。在这块小小的硅片上，密布着数以百万计的晶体管，它们好像大脑的神经元，相互配合协调，完成着各种复杂的运算和操作。 　　图1 die就在CPU中部突起的部分 　　硅能成为生产CPU核心的半导体材料主要是因为其分布的广泛性和价格便宜。此外，硅可以形成品质极佳的大块晶体，通过切割，得到直径8英寸甚至更大而厚度不足1毫米的圆形薄片——晶片(也叫晶圆)。一片晶片可以划分切割成许多小片，每一小片就是一块单独CPU的核心。当然，在切割之前有许多处理过程要做。 　　Intel发布的第一颗处理器4004仅仅包含2000个晶体管，而目前最新的PⅢ处理器包含超过2000万个晶体管，集成度提高了上万倍，这可以说是当今最复杂的集成电路了。与此同时，你会发现单个CPU的核心硅片的大小丝毫没有增大，甚至变得更小了，这就要求不断地改进制造工艺以便能生产出更精细的电路结构。如今，最新的处理器采用的是0.18微米技术制造，也就是常说的0.18微米线宽。 　　图2 　　需要说明的是，线宽是指芯片上的最基本功能单元——门电路的宽度，因为实际上门电路之间连线的宽度同门电路的宽度相同，所以线宽可以描述制造工艺。缩小线宽意味着晶体管可以做得更小、更密集，可以降低芯片功耗，系统更稳定，CPU得以运行在更高的频率下，而且在相同的芯片复杂程度下可使用更小的晶圆，于是成本降低了。 　　图3 　　随着线宽的不断降低，以往芯片内部使用的铝连线的导电性能将不敷使用，未来的处理器将采用导电特性更好的铜连线，AMD在刚刚推出的K7系列的新成员——Thunderbird(雷鸟)的高频率版本中已经开始采用铜连线技术。 　　下　一　页