跨时代之进步 英特尔45nm处理器全解析(2)

http://www.sina.com.cn 2008年04月15日 10:25  太平洋电脑网
45纳米工艺的巨大价值

跨时代之进步英特尔45nm处理器全解析(2)
首次采用0.35微米制作工艺的Pentium让人记忆犹新

  可以很明显地看出来,每次提高制作工艺都能够让主频大幅度提升,而二级缓存的容量也几乎是以倍增的方式来回报更先进的制作工艺。提升制作工艺意味着巨额的资金投入,改造一条芯片生产线往往需要花费数十亿美金,如果没有庞大的财力,将无法完成这样的任务。然而任何产业都是高投入带来高回报,一旦彻底掌握先进的制作工艺,CPU等产品的制造成本也能下降,反而带来更大的盈利空间。对于同样晶体管规模的半导体芯片,新工艺意味着更小的核心面积,而芯片的制造成本与核心面积的平方基本成正比。

提高制程能带来更低的功耗吗?

  制作工艺对于CPU微处理器的重要性不言而喻,无论是提高主频还是集成更多的缓存又或是改进新的核心,这些都需要更为强大的制作工艺作为支撑。一代又一代的微处理器发展史几乎可以看作是制作工艺的发展史。进入90纳米时代之后,业界一度停止发展的脚步,其中晶体管漏电便是主要原因之一。如果无法彻底解决这一问题,那么今后微处理器的发展之路将会布满荆棘。

  我们可以发现,从0.13微米到0.09微米,不少CPU并未降低核心电压,其中一部分原因就是为了解决晶体管漏电问题。可是,当CPU电压无法降低之时,其功耗是很难得到控制的,最典型的例子莫过于AMD Athlon 64。同样是Socket 754接口的0.09微米工艺,移动平台的炫龙通过1.0V电压可以实现25W TPD功耗,而桌面平台的Athlon 64却高达62W。尽管这其中有工作主频和核心步进之间的区别,但是造成如此大的差距,核心电压的因素绝对不可忽视。至于Intel的Pentium D,在改用65纳米工艺之后,核心电压和功耗均未明显下调。毫无疑问,未来CPU的制作工艺改革必须建立在降低工作电压的基础上,而这也逼迫CPU厂商通过其它途径来解决晶体管漏电问题。

Intel 45纳米工艺的解决方案

  进入45纳米时代之后,此时所面临的挑战更为艰巨。晶体管漏电至少造成明显的功耗提升,这不仅仅是晶体管本身带来额外的发热量,还包括CPU为了解决信号模糊问题而不得不提高的核心电压。为此,Intel在其45纳米工艺中融合了高介电薄膜(High-K Dielectrics)和金属门集成电路,有效解决了这场漏电危机。

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高介电薄膜解决漏电问题

  尽管最新的制作工艺还没有余地来解决高功耗问题,但是Intel将会在新处理器上推出被称为“Deep Power Down”的技术,实现更低的C6节电状态。新的C6状态可以将处理器的核心电压降至其所采用制程技术的极限,在该状态下除了降低处理器核心频率以外还将会关闭所有的高速缓存。在这种情况下,其功耗非常低,并且将会在新一代 Penryn处理器上得到应用。

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