中国微处理器(CPU)技术的进展.docx

中国微处理器（CPU）技术的进展一微处理器技术现状和发展趋势目前国际上微处理器的发展出现一些明显的趋势。一是研制微处理器的公司在市场的洗牌中越来越集中到少数几家，早期的DEC、SGI、HP等微处理器研制企业已经从微处理器的市场竞争中退出，IBM和SUN公司的市场份额在萎缩，Intel和AMD的X86微处理器有一家独大的趋势。二是单处理器性能的继续提高在主频、结构和功耗等方面都碰到了明显的障碍，微处理器厂商纷纷推出多核结构的微处理器，多核成为微处理器发展的主流，摩尔定律的发展表现为芯片上处理器核的数目每2～3年翻一番。三是微处理器集成度不断提升，集成在微处理器上的功能越来越多，集成的功能模块包括北桥、南桥、显卡和网卡等，处理器芯片由原先的微处理器发展到系统芯片（SOC），并最终发展成“片上计算机”。四是微处理器厂商开始从单纯追求高性能，转向追求能耗有效性下的高性能以及适度性能的低功耗，性能功耗比成为衡量微处理器的一个重要指标。（一）国际主流厂商的微处理器发展现状国外微处理器厂商主要包括IBM、Intel、AMD和ARM公司。下面分析各公司的主要产品和发展现状。IBM公司的微处理器主要为Power系列处理器，用于其高性能服务器和高性能计算机。IBM于2001年发布了双核的Power4，片内集成两个超标量的类Power3处理器核。2004年IBM发布了Power5双核同时多线程微处理器。2007年IBM发布了双核的Power6，采用65nmSOI工艺，主频高达4～6GHz。2010年IBM推出Power7八核处理器，采用45nm工艺，每个核支持四个线程，每个处理器核的性能达到32GFlops。Intel公司的微处理器主要包括安腾和X86系列，其中安腾系列用于服务器，X86系列用于桌面和服务器。2008年Intel发布了四核的安腾处理器Tukwila。2006年Intel推出了基于Core构架的X86处理器Conroe。2008年Intel推出基于Nehalem结构的四核处理器。2009年Intel公布了基于Nehalem结构的八核至强处理器。2009年底Intel推出了把CPU和GPU封装在一起的多核处理器（Corei7），其中CPU采用32nm工艺。2012年Intel将推出采用22nm工艺的8～16核Sandybridge处理器。另外，针对低成本电脑和移动计算领域的应用，2008年Intel推出了Atom微处理器，主要用于移动网络设备、低成本电脑。AMD公司于2007年推出基于K10结构的四核处理器Barcelona，2009年下半年推出代号为Istanbul的六核45纳米Opteron处理器。AMD将于2011年推出12～16核的Interlagos处理器，以及集成处理器核和图形显示核心的融合加速处理器Fusion。另外，在移动计算和低成本电脑领域，AMD推出了Bobcat处理器。ARM公司的产品是处理器IP核，其主要业务是通过设计出高效的IP核，授权给半导体公司使用。ARM的产品包括ARM7、ARM9、ARM10、ARM11和Cortex系列等。ARM系列产品占据了32位嵌入式处理器75%的比例，在手机等移动终端领域更是处于垄断地位。2009年ARM推出CortexA8以及多核的CortexA9，采用超标量和乱序执行技术，主频可以达到1～2GHz，开始主攻上网本和高端消费类电子市场。（二）微处理器工艺和材料技术发展趋势据2009年国际半导体技术发展路线图（ITRS），未来10年集成电路在晶体管尺寸方面仍将按摩尔定律发展，并在2020年左右遭遇物理极限。据预测2012年将采用22纳米的工艺，2015年将采用17纳米的工艺，2017年将采用14纳米的工艺，2020年将采用10纳米的工艺。2013年高性能微处理器芯片上可集成的晶体管将超过88亿个，片上局部时钟频率将达到7.3GHz；2020年高性能微处理器芯片上可集成的晶体管将超过353亿个，片上局部时钟频率将达到16GHz。工艺发展到纳米级时，晶体管的工作电压难以再线性降低，连线延迟成为主要的电路延迟，漏电功耗随着晶体管阀值电压的降低而指数增长。器件特性的变化和功耗密度的持续攀升成为对包括微处理器在内的芯片设计的重要挑战。通过采用新技术和新工艺来克服这些困难可以延续摩尔定律。65纳米制造工艺采用了多项新技术和新工艺，包括应变硅、绝缘硅、铜互连技术、低K介电材料等。最近45纳米和32纳米工艺采用高k介质和金属栅材料的技术是晶体管工艺技术的又一个重要突破。这种技术打开了通往特征尺寸22纳米工艺的通路。工艺尺寸的缩小和晶体管数量的增加也依赖于刻蚀技术的进步。目前使用的可见光光刻技术已经达到物理极限，极远紫外线光刻是其替代技术。浸没式光刻技术与现有的光刻技术兼容性好，工艺和装备变动不大