浅谈计算机中央处理器的发展方向

摘要：中央处理器是计算机的核心部件，其运行速度、制造工艺、电压、功耗等各项硬指标，决定着未来处理器技术的发展方向。在不断的创新和优化中，更高更快的处理器将会带给人们更好的体验。

关键词：中央处理器；制造工艺；电压功耗

中图分类号：TP3-0 文献标识码：A文章编号：1007-9599 (2011) 05-0000-01

Discussion on Computer CPU Development

Chen Rukai,Wang kai,Li Gang

(Jingzhou Institute Technology Dean’s Office,Jingzhou434020,China)

Abstract:CPU is the core component of the computerits running speed,manufacturing process,voltage,power consumption and other hard targets,determine the future development of processor technology.In the constant innovation and optimization,higher and faster processors will take to the people a better experience.

Keywords:CPU;Manufacturing Process;Voltage consumption

中央处理器（Central Processing Unit的缩写）简称CPU，是计算机的核心配件，通常只有火柴盒那么大，几十张纸那么厚。不过不要因为这些而忽视它的作用，CPU相当于我们的大脑，只是不会自己思考，它负责处理、运算计算机内部的所有数据，而主板芯片组则像是心脏，它控制着数据的交换。CPU主要由运算器、控制器、寄存器组和内部总线等构成，再配上储存器、输入/输出接口和系统总线组成为完整的计算机。一台计算机性能的高低最大的决定性因素就是CPU。

CPU的升级换代就是技术上的革命，要想更贴切的把握CPU的发展趋势，我们就要对CPU的各主要方面做一个比较全面的分析。

一、CPU的速度

一直以来我们最关心的就是CPU的速度了。速度的大小标志着CPU运算能力的高低。CPU的主频不代表CPU的速度，但提高主频对于提高CPU运算速度却是至关重要的。频率是描述周期性循环信号包括脉冲信号在单位时间内所出现的脉冲数量多少的计量名称；频率高自然运算速度也就快。只不过电脑的整体运行速度不仅取决于CPU运算速度，还与其它各分系统的运行情况有关，只有在提高主频的同时，各分系统运行速度和各分系统之间的数据传输速度都能得到提高后，电脑整体的运行速度才能真正得到提高。

提高CPU工作主频主要受到生产工艺的限制。由于CPU是在半导体硅片上制造的，在硅片上的元件之间需要导线进行联接，由于在高频状态下要求导线越细越短越好，这样才能减小导线分布电容等杂散干扰以保证CPU运算正确。因此制造工艺的限制，是CPU主频发展的最大障碍之一。

二、制造工艺和集成度

实现更多的功能和更高的性能，更先进的制造工艺会使处理器的核心面积越来越小。制造工艺的趋势是向密集度愈高的方向发展，可以拥有密度更高、功能更复杂的电路设计。微电子技术的发展与进步，主要是靠工艺技术的不断改进。芯片制造工艺在1995年以后，从0.5微米、0.35微米、0.25微米、0.18微米、0.15微米、0.13微米、90纳米、80纳米、65纳米，现在主流的CPU制作工艺已经达到了45纳米，最新的32纳米也将要普及，而22纳米将是下一代CPU的发展目标。更先进的制造工艺还会减少处理器的功耗，从而减少其发热量，解决处理器性能提升的障碍。集成度的密集是促使生产工艺进步的直接原因。

石墨烯，这样的新材料将在未来可以和硅互为补充，以混合电路的形式扩充计算机芯片的功能可能取代硅，成为制造高性能处理器的新技术。石墨烯(Graphene)是石墨的一种特殊存在形式，呈二维结构，由蜂窝状的单层碳原子组成，因此又被称为单层石墨，已成流行词汇的“碳纳米管”实际上也可被视为是滚成桶状的石墨烯。石墨烯拥有独特的物理、化学和结构特性，其在集成电路领域的应用近来被业界看好。

三、超低的电压和功耗

CPU这方面的发展方向。当然是电压、功耗和生产工艺及集成度密切相关的。我们现在很难想象第一台计算机问世时的情形：体积庞大，数以万计的真空管堆置在一起；有一个专门发电单元为之发电；散发出的热量使它所在的房屋像一个大烤炉。即便是这样其运算能力也没有我们手头上的便携式的计算器强。我们现在的确体会不到“火炉”的滋味，一个侧面体现出当前CPU的低功耗。现在英特尔酷睿2系列双核处理器其2.3G赫兹的功耗也只有45瓦左右，能源短缺是人类面临的重要问题，新一代CPU在这方面为我们起了典范的作用！功耗下降了，自然就不需要很大的电压了。在计算机CPU芯片小型化以后，使用过的最高电压是5V。从5V的起点上一直降到了现在英特尔赛扬双核使用的0.85V - 1.5V，AMD速龙2使用的1.3V。对于未来CPU市场的发展方向而言省电低耗、超低电压的CPU必将成为主流。

结语

总体上讲，大规模集成制造工艺新材料、节能环保的超低电压功耗将是中央处理器通用的发展方向。不过，在实际生活中，影响中央处理器技术的还有其它一些不确定的因素，包括商业因素等，我们只有全面衡量各种因素，才能正确地把握中央处理器的发展。

参考文献：

[1]http://baike.baidu.com,百度百科

[2]未来之路:CPU的发展方向,新浪科技,2001,10

[3]Skyangeles IBM石墨烯无法在CPU中完全取代硅,驱动之家,2011,1

【作者简介】陈如凯（1983.2-），男，28岁，湖北荆州人，2004年毕业于武汉理工大学计算机科学与技术专业，助理讲师，主要从事计算机应用方面工作。