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前所未有的能效提升,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。
晶体管可分为低电阻层、多晶硅栅极和二氧化硅电介层。其中,二氧化硅电介层在65纳米时代已降低至相当于五层原子的厚度,再进一步缩小则会遭遇电介层的漏电而达到极限。对于芯片的发展,这又是一个挑战。不过这个时候摩尔定律又再次表现出了神奇的效力。
2007年,英特尔寻找到了High-K金属栅材料代替二氧化硅,将晶体管间的切换功耗降低近30%,将晶体管切换速度提高20%,而减少栅极漏电10倍以上,减少源极向漏极漏电5倍以上,解决了电介质漏电问题,让晶体管的尺寸可以更小,并带来更低的能源消耗。45纳米制程工艺是处理器发展史上一个新的里程碑,英特尔高级副总裁基辛格表示,45纳米工艺让摩尔定律至少可以再延续10年。
英特尔45纳米核心照
微构架在处理器多核进程上扮演着同样重要的角色,出色的微构架让可以制程工艺的先进性更加充分的发挥。我们还记得英特尔在2006年发布的“Dempsey”至强双核5000系列处理器,虽然工艺进步到了65纳米,但是依旧采用了陈旧的NetBurst微构架,而随后发布的65纳米工艺“Woodcrest”至强5100系列,得益于先进的Core微构架,功耗平均仅65w,能效提升近一倍.