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現(xiàn)在市場上產(chǎn)品豐富，琳瑯滿目，當(dāng)你使用著配置了最新款CPU的電腦在互聯(lián)網(wǎng)上縱橫馳騁，在各種程序應(yīng)用之間操作自如的時(shí)候，有沒有興趣去想一想這個(gè)頭不大、功能不小的CPU是怎么制作出來的呢。在今天的半導(dǎo)體制造業(yè)中，計(jì)算機(jī)中央處理器無疑是受關(guān)注程度最高的領(lǐng)域，而這個(gè)領(lǐng)域中眾所周知的兩大巨頭，其所遵循的處理器架構(gòu)均為x86，而另外一家號(hào)稱信息產(chǎn)業(yè)的藍(lán)色巨人的IBM，也擁有強(qiáng)大的處理器設(shè)計(jì)與制造能力，它們最先發(fā)明了應(yīng)變硅技術(shù)，并在90納米的處理器制造工藝上走在最前列。在今天的文章中，我們將一步一步的為您講述中央處理器從一堆沙子到一個(gè)功能強(qiáng)大的集成電路芯片的全過程。。

如果問及CPU的原料是什么，大家都會(huì)輕而易舉的給出答案—是硅。這是不假，但硅又來自哪里呢？其實(shí)就是那些最不起眼的沙子。難以想象吧，價(jià)格昂貴，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，功能強(qiáng)大，充滿著神秘感的CPU竟然來自那根本一文不值的沙子。當(dāng)然這中間必然要經(jīng)歷一個(gè)復(fù)雜的制造過程才行。不過不是隨便抓一把沙子就可以做原料的，一定要精挑細(xì)選，從中提取出最最純凈的硅原料才行。試想一下，如果用那最最廉價(jià)而又儲(chǔ)量充足的原料做成CPU，那么成品的質(zhì)量會(huì)怎樣，你還能用上像現(xiàn)在這樣高性能的處理器嗎？

晶圓上的方塊稱為“芯片（die）”每個(gè)微處理器都會(huì)成為個(gè)人計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的“大腦”。

除去硅之外，制造CPU還需要一種重要的材料就是金屬。目前為止，鋁已經(jīng)成為制作處理器內(nèi)部配件的主要金屬材料，而銅則逐漸被淘汰，這是有一些原因的，在目前的CPU工作電壓下，鋁的電遷移特性要明顯好于銅。所謂電遷移問題，就是指當(dāng)大量電子流過一段導(dǎo)體時(shí)，導(dǎo)體物質(zhì)原子受電子撞擊而離開原有位置，留下空位，空位過多則會(huì)導(dǎo)致導(dǎo)體連線斷開，而離開原位的原子停留在其它位置，會(huì)造成其它地方的短路從而影響芯片的邏輯功能，進(jìn)而導(dǎo)致芯片無法使用。這就是許多Northwood Pentium 4換上SNDS(北木暴畢綜合癥)的原因，當(dāng)發(fā)燒友們第一次給Northwood Pentium 4超頻就急于求成，大幅提高芯片電壓時(shí)，嚴(yán)重的電遷移問題導(dǎo)致了CPU的癱瘓。這就是intel首次嘗試銅互連技術(shù)的經(jīng)歷，它顯然需要一些改進(jìn)。不過另一方面講，應(yīng)用銅互連技術(shù)可以減小芯片面積，同時(shí)由于銅導(dǎo)體的電阻更低，其上電流通過的速度也更快。

除了這兩樣主要的材料之外，在芯片的設(shè)計(jì)過程中還需要一些種類的化學(xué)原料，它們起著不同的作用，這里不再贅述。

在必備原材料的采集工作完畢之后，這些原材料中的一部分需要進(jìn)行一些預(yù)處理工作。而作為最主要的原料，硅的處理工作至關(guān)重要。首先，硅原料要進(jìn)行化學(xué)提純，這一步驟使其達(dá)到可供半導(dǎo)體工業(yè)使用的原料級(jí)別。而為了使這些硅原料能夠滿足集成電路制造的加工需要，還必須將其整形，這一步是通過溶化硅原料，然后將液態(tài)硅注入大型高溫石英容器而完成的。

而后，將原料進(jìn)行高溫溶化。中學(xué)化學(xué)課上我們學(xué)到過，許多固體內(nèi)部原子是晶體結(jié)構(gòu)，硅也是如此。為了達(dá)到高性能處理器的要求，整塊硅原料必須高度純凈，及單晶硅。然后從高溫容器中采用旋轉(zhuǎn)拉伸的方式將硅原料取出，此時(shí)一個(gè)圓柱體的硅錠就產(chǎn)生了。從目前所使用的工藝來看，硅錠圓形橫截面的直徑為200毫米。不過現(xiàn)在intel和其它一些公司已經(jīng)開始使用300毫米直徑的硅錠了。在保留硅錠的各種特性不變的情況下增加橫截面的面積是具有相當(dāng)?shù)碾y度的，不過只要企業(yè)肯投入大批資金來研究，還是可以實(shí)現(xiàn)的。intel為研制和生產(chǎn)300毫米硅錠而建立的工廠耗費(fèi)了大約35億美元，新技術(shù)的成功使得intel可以制造復(fù)雜程度更高，功能更強(qiáng)大的集成電路芯片。而200毫米硅錠的工廠也耗費(fèi)了15億美元。下面就從硅錠的切片開始介紹CPU的制造過程。

● 單晶硅錠

在制成硅錠并確保其是一個(gè)絕對的圓柱體之后，下一個(gè)步驟就是將這個(gè)圓柱體硅錠切片，切片越薄，用料越省，自然可以生產(chǎn)的處理器芯片就更多。切片還要鏡面精加工的處理來確保表面絕對光滑，之后檢查是否有扭曲或其它問題。這一步的質(zhì)量檢驗(yàn)尤為重要，它直接決定了成品CPU的質(zhì)量。

新的切片中要摻入一些物質(zhì)而使之成為真正的半導(dǎo)體材料，而后在其上刻劃代表著各種邏輯功能的晶體管電路。摻入的物質(zhì)原子進(jìn)入硅原子之間的空隙，彼此之間發(fā)生原子力的作用，從而使得硅原料具有半導(dǎo)體的特性。今天的半導(dǎo)體制造多選擇CMOS工藝(互補(bǔ)型金屬氧化物半導(dǎo)體)。其中互補(bǔ)一詞表示半導(dǎo)體中N型MOS管和P型MOS管之間的交互作用。而N和P在電子工藝中分別代表負(fù)極和正極。多數(shù)情況下，切片被摻入化學(xué)物質(zhì)而形成P型襯底，在其上刻劃的邏輯電路要遵循nMOS電路的特性來設(shè)計(jì)，這種類型的晶體管空間利用率更高也更加節(jié)能。同時(shí)在多數(shù)情況下，必須盡量限制pMOS型晶體管的出現(xiàn)，因?yàn)樵谥圃爝^程的后期，需要將N型材料植入P型襯底當(dāng)中，而這一過程會(huì)導(dǎo)致pMOS管的形成。

在摻入化學(xué)物質(zhì)的工作完成之后，標(biāo)準(zhǔn)的切片就完成了。然后將每一個(gè)切片放入高溫爐中加熱，通過控制加溫時(shí)間而使得切片表面生成一層二氧化硅膜。通過密切監(jiān)測溫度，空氣成分和加溫時(shí)間，該二氧化硅層的厚度是可以控制的。在intel的90納米制造工藝中，門氧化物的寬度小到了驚人的5個(gè)原子厚度。這一層門電路也是晶體管門電路的一部分，晶體管門電路的作用是控制其間電子的流動(dòng)，通過對門電壓的控制，電子的流動(dòng)被嚴(yán)格控制，而不論輸入輸出端口電壓的大小。

準(zhǔn)備工作的最后一道工序是在二氧化硅層上覆蓋一個(gè)感光層。這一層物質(zhì)用于同一層中的其它控制應(yīng)用。這層物質(zhì)在干燥時(shí)具有很好的感光效果，而且在光刻蝕過程結(jié)束之后，能夠通過化學(xué)方法將其溶解并除去。

這是目前的CPU制造過程當(dāng)中工藝非常復(fù)雜的一個(gè)步驟。許多對電腦知識(shí)略知一二的朋友大多會(huì)知道CPU里面最重要的東西就是晶體管了，提高CPU的速度，最重要的一點(diǎn)說白了就是如何在相同的CPU面積里面放進(jìn)去更加多的晶體管，由于CPU實(shí)在太小，太精密，里面組成了數(shù)目相當(dāng)多的晶體管，所以人手是絕對不可能完成的，只能夠通過光刻工藝來進(jìn)行加工的。這就是為什么一塊CPU里面為什么可以數(shù)量如此之多的晶體管。

光刻蝕過程就是使用一定波長的光在感光層中刻出相應(yīng)的刻痕，由此改變該處材料的化學(xué)特性。這項(xiàng)技術(shù)對于所用光的波長要求極為嚴(yán)格，需要使用短波長的紫外線和大曲率的透鏡?？涛g過程還會(huì)受到晶圓上的污點(diǎn)的影響。每一步刻蝕都是一個(gè)復(fù)雜而精細(xì)的過程。設(shè)計(jì)每一步過程的所需要的數(shù)據(jù)量都可以用10GB的單位來計(jì)量，而且制造每塊處理器所需要的刻蝕步驟都超過20步(每一步進(jìn)行一層刻蝕)。而且每一層刻蝕的圖紙如果放大許多倍的話，可以和整個(gè)紐約市外加郊區(qū)范圍的地圖相比，甚至還要復(fù)雜，試想一下，把整個(gè)紐約地圖縮小到實(shí)際面積大小只有100個(gè)平方毫米的芯片上，那么這個(gè)芯片的結(jié)構(gòu)有多么復(fù)雜，可想而知了吧。

當(dāng)這些刻蝕工作全部完成之后，晶圓被翻轉(zhuǎn)過來。短波長光線透過石英模板上鏤空的刻痕照射到晶圓的感光層上，然后撤掉光線和模板。通過化學(xué)方法除去暴露在外邊的感光層物質(zhì)，而二氧化硅馬上在陋空位置的下方生成。

● 摻雜

在殘留的感光層物質(zhì)被去除之后，剩下的就是充滿的溝壑的二氧化硅層以及暴露出來的在該層下方的硅層。這一步之后，另一個(gè)二氧化硅層制作完成。然后，加入另一個(gè)帶有感光層的多晶硅層。多晶硅是門電路的另一種類型。由于此處使用到了金屬原料(因此稱作金屬氧化物半導(dǎo)體)，多晶硅允許在晶體管隊(duì)列端口電壓起作用之前建立門電路。感光層同時(shí)還要被短波長光線透過掩?？涛g。再經(jīng)過一部刻蝕，所需的全部門電路就已經(jīng)基本成型了。然后，要對暴露在外的硅層通過化學(xué)方式進(jìn)行離子轟擊，此處的目的是生成N溝道或P溝道。這個(gè)摻雜過程創(chuàng)建了全部的晶體管及彼此間的電路連接，沒個(gè)晶體管都有輸入端和輸出端，兩端之間被稱作端口。

● 重復(fù)這一過程

從這一步起，你將持續(xù)添加層級(jí)，加入一個(gè)二氧化硅層，然后光刻一次。重復(fù)這些步驟，然后就出現(xiàn)了一個(gè)多層立體架構(gòu)，這就是你目前使用的處理器的萌芽狀態(tài)了。在每層之間采用金屬涂膜的技術(shù)進(jìn)行層間的導(dǎo)電連接。今天的P4處理器采用了7層金屬連接，而Athlon64使用了9層，所使用的層數(shù)取決于最初的版圖設(shè)計(jì)，并不直接代表著最終產(chǎn)品的性能差異。

● 測試，測試，測試...

接下來的幾個(gè)星期就需要對晶圓進(jìn)行一關(guān)接一關(guān)的測試，包括檢測晶圓的電學(xué)特性，看是否有邏輯錯(cuò)誤，如果有，是在哪一層出現(xiàn)的等等。而后，晶圓上每一個(gè)出現(xiàn)問題的芯片單元將被單獨(dú)測試來確定該芯片有否特殊加工需要。

而后，整片的晶圓被切割成一個(gè)個(gè)獨(dú)立的處理器芯片單元。在最初測試中，那些檢測不合格的單元將被遺棄。這些被切割下來的芯片單元將被采用某種方式進(jìn)行封裝，這樣它就可以順利的插入某種接口規(guī)格的主板了。大多數(shù)intel和AMD的處理器都會(huì)被覆蓋一個(gè)散熱層。在處理器成品完成之后，還要進(jìn)行全方位的芯片功能檢測。這一部會(huì)產(chǎn)生不同等級(jí)的產(chǎn)品，一些芯片的運(yùn)行頻率相對較高，于是打上高頻率產(chǎn)品的名稱和編號(hào)，而那些運(yùn)行頻率相對較低的芯片則加以改造，打上其它的低頻率型號(hào)。這就是不同市場定位的處理器。而還有一些處理器可能在芯片功能上有一些不足之處。比如它在緩存功能上有缺陷(這種缺陷足以導(dǎo)致絕大多數(shù)的CPU癱瘓)，那么它們就會(huì)被屏蔽掉一些緩存容量，降低了性能，當(dāng)然也就降低了產(chǎn)品的售價(jià)，這就是Celeron和Sempron的由來。

在CPU的包裝過程完成之后，許多產(chǎn)品還要再進(jìn)行一次測試來確保先前的制作過程無一疏漏，且產(chǎn)品完全遵照規(guī)格所述，沒有偏差。

CPU的起源可以一直追溯到1971年。在那一年，當(dāng)時(shí)還處在起步階段的Intel公司推出了世界上第一顆微處理器4004。這不但是第一個(gè)用于計(jì)算器的4位微處理器，也是第一款個(gè)人有能力買得起的電腦處理器！

4004含有2300個(gè)晶體管，功能相當(dāng)有限，而且速度還很慢，當(dāng)時(shí)的藍(lán)色巨人IBM以及大部分商業(yè)用戶對此不屑一顧。但它畢竟是劃時(shí)代的產(chǎn)品，從此以后，INTEL便與微處理器結(jié)下了不解之緣?？梢赃@么說，CPU的歷史發(fā)展歷程一定意義上也就是Intel公司x86系列CPU的發(fā)展歷程。

1974年，英特爾公司又在8008的基礎(chǔ)上研制出了8080處理器、擁有16位地址總線和8位數(shù)據(jù)總線，包含7個(gè)8位寄存器(A,B,C,D,E,F,G,其中BC,DE,HL組合可組成16位數(shù)據(jù)寄存器)，支持16位內(nèi)存，同時(shí)它也包含一些輸入輸出端口，這是一個(gè)相當(dāng)成功的設(shè)計(jì)，還有效解決了外部設(shè)備在內(nèi)存尋址能力不足的問題。

1978年，Intel公司再次領(lǐng)導(dǎo)潮流，首次生產(chǎn)出16位的微處理器，并命名為i8086，同時(shí)還生產(chǎn)出與之相配合的數(shù)學(xué)協(xié)處理器i8087，這兩種芯片使用相互兼容的指令集，但在i8087指令集中增加了一些專門用于對數(shù)、指數(shù)和三角函數(shù)等的數(shù)學(xué)計(jì)算指令。

1979年，英特爾公司又開發(fā)出了8088。8086和8088在芯片內(nèi)部均采用16位數(shù)據(jù)傳輸，所以都稱為16位微處理器，但8086每周期能傳送或接收16位數(shù)據(jù)，而8088每周期只采用8位。因?yàn)樽畛醯拇蟛糠衷O(shè)備和芯片是8位的，而8088的外部8位數(shù)據(jù)傳送、接收能與這些設(shè)備相兼容。

8086和8088問世后不久，英特爾公司就開始對他們進(jìn)行改進(jìn)，他們將更多功能集成在芯片上，這樣就誕生了80186和80188。這兩款微處理器內(nèi)部均以16位工作，在外部輸入輸出上80186采用16位，而80188和8088一樣是采用8位工作。

1981年，美國IBM公司將8088芯片用于其研制的PC機(jī)中，從而開創(chuàng)了全新的微機(jī)時(shí)代。也正是從8088開始，個(gè)人電腦(PC)的概念開始在全世界范圍內(nèi)發(fā)展起來。從8088應(yīng)用到IBM PC機(jī)上開始,個(gè)人電腦真正走進(jìn)了人們的工作和生活之中，它也標(biāo)志著一個(gè)新時(shí)代的開始。

1982年，英特爾公司在8086的基礎(chǔ)上，研制出了80286微處理器，該微處理器的最大主頻為20MHz，內(nèi)、外部數(shù)據(jù)傳輸均為16位，使用24位內(nèi)存儲(chǔ)器的尋址，內(nèi)存尋址能力為16MB。

8086～80286這個(gè)時(shí)代是個(gè)人電腦起步的時(shí)代，當(dāng)時(shí)在國內(nèi)使用甚至見到過PC機(jī)的人很少，它在人們心中是一個(gè)神秘的東西。到九十年代初，國內(nèi)才開始普及計(jì)算機(jī)。

1985年春天的時(shí)候，英特爾公司已經(jīng)成為了第一流的芯片公司，它決心全力開發(fā)新一代的32位核心的CPU—80386。Intel給80386設(shè)計(jì)了三個(gè)技術(shù)要點(diǎn)：使用“類286”結(jié)構(gòu)，開發(fā)80387微處理器增強(qiáng)浮點(diǎn)運(yùn)算能力，開發(fā)高速緩存解決內(nèi)存速度瓶頸。

1985年10月17日，英特爾劃時(shí)代的產(chǎn)品——80386DX正式發(fā)布了，其內(nèi)部包含27.5萬個(gè)晶體管，時(shí)鐘頻率為12.5MHz，后逐步提高到20MHz、25MHz、33MHz，最后還有少量的40MHz產(chǎn)品。由于32位微處理器的強(qiáng)大運(yùn)算能力，PC的應(yīng)用擴(kuò)展到很多的領(lǐng)域，如商業(yè)辦公和計(jì)算、工程設(shè)計(jì)和計(jì)算、數(shù)據(jù)中心、個(gè)人娛樂。80386使32位CPU成為了PC工業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)。

1989年，我們大家耳熟能詳?shù)?0486芯片由英特爾推出。這款經(jīng)過四年開發(fā)和3億美元資金投入的芯片的偉大之處在于它首次實(shí)破了100萬個(gè)晶體管的界限，集成了120萬個(gè)晶體管，使用1微米的制造工藝。80486的時(shí)鐘頻率從25MHz逐步提高到33MHz、40MHz、50MHz。

隨著芯片技術(shù)的不斷發(fā)展，CPU的頻率越來越快，而PC機(jī)外部設(shè)備受工藝限制，能夠承受的工作頻率有限，這就阻礙了CPU主頻的進(jìn)一步提高。在這種情況下，出現(xiàn)了CPU倍頻技術(shù)，該技術(shù)使CPU內(nèi)部工作頻率為微處理器外頻的2～3倍，486 DX2、486 DX4的名字便是由此而來。

1993年，全面超越486的新一代586 CPU問世，為了擺脫486時(shí)代微處理器名稱混亂的困擾，英特爾公司把自己的新一代產(chǎn)品命名為Pentium(奔騰)以區(qū)別AMD和Cyrix的產(chǎn)品。AMD和Cyrix也分別推出了K5和6x86微處理器來對付芯片巨人，但是由于奔騰微處理器的性能最佳，英特爾逐漸占據(jù)了大部分市場。

為了提高電腦在多媒體、3D圖形方面的應(yīng)用能力，許多新指令集應(yīng)運(yùn)而生，其中最著名的三種便是英特爾的MMX、SSE和AMD的3D NOW!。 MMX（MultiMedia Extensions，多媒體擴(kuò)展指令集）是英特爾于1996年發(fā)明的一項(xiàng)多媒體指令增強(qiáng)技術(shù)，包括57條多媒體指令，這些指令可以一次處理多個(gè)數(shù)據(jù)，MMX技術(shù)在軟件的配合下，就可以得到更好的性能。

多能奔騰(Pentium MMX)的正式名稱就是“帶有MMX技術(shù)的Pentium”，是在1996年底發(fā)布的。從多能奔騰開始，英特爾就對其生產(chǎn)的CPU開始鎖倍頻了，但是MMX的CPU超外頻能力特別強(qiáng)，而且還可以通過提高核心電壓來超倍頻，所以那個(gè)時(shí)候超頻是一個(gè)很時(shí)髦的行動(dòng)。超頻這個(gè)詞語也是從那個(gè)時(shí)候開始流行的。

對于一個(gè)CPU來說，性能是否強(qiáng)大是它能否在市場上生存下去的第一要素，那么CPU的性能是由哪些因素決定的呢？下面就列出影響CPU性能的主要技術(shù)指標(biāo)：

主頻

CPU的主頻，即CPU內(nèi)核工作的時(shí)鐘頻率（CPU Clock Speed）。通常所說的某某CPU是多少兆赫的，而這個(gè)多少兆赫就是“CPU的主頻”。很多人認(rèn)為CPU的主頻就是其運(yùn)行速度，其實(shí)不然。CPU的主頻表示在CPU內(nèi)數(shù)字脈沖信號(hào)震蕩的速度，與CPU實(shí)際的運(yùn)算能力并沒有直接關(guān)系。主頻和實(shí)際的運(yùn)算速度存在一定的關(guān)系，但目前還沒有一個(gè)確定的公式能夠定量兩者的數(shù)值關(guān)系，因?yàn)镃PU的運(yùn)算速度還要看CPU的流水線的各方面的性能指標(biāo)（緩存、指令集，CPU的位數(shù)等等）。由于主頻并不直接代表運(yùn)算速度，所以在一定情況下，很可能會(huì)出現(xiàn)主頻較高的CPU實(shí)際運(yùn)算速度較低的現(xiàn)象。比如AMD公司的AthlonXP系列CPU大多都能以較低的主頻，達(dá)到英特爾公司的Pentium 4系列CPU較高主頻的CPU性能，所以AthlonXP系列CPU才以PR值的方式來命名。因此主頻僅是CPU性能表現(xiàn)的一個(gè)方面，而不代表CPU的整體性能。

CPU的主頻不代表CPU的速度，但提高主頻對于提高CPU運(yùn)算速度卻是至關(guān)重要的。舉個(gè)例子來說，假設(shè)某個(gè)CPU在一個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)執(zhí)行一條運(yùn)算指令，那么當(dāng)CPU運(yùn)行在100MHz主頻時(shí)，將比它運(yùn)行在50MHz主頻時(shí)速度快一倍。因?yàn)?00MHz的時(shí)鐘周期比50MHz的時(shí)鐘周期占用時(shí)間減少了一半，也就是工作在100MHz主頻的CPU執(zhí)行一條運(yùn)算指令所需時(shí)間僅為10ns比工作在50MHz主頻時(shí)的20ns縮短了一半，自然運(yùn)算速度也就快了一倍。只不過電腦的整體運(yùn)行速度不僅取決于CPU運(yùn)算速度，還與其它各分系統(tǒng)的運(yùn)行情況有關(guān)，只有在提高主頻的同時(shí)，各分系統(tǒng)運(yùn)行速度和各分系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)傳輸速度都能得到提高后，電腦整體的運(yùn)行速度才能真正得到提高。

提高CPU工作主頻主要受到生產(chǎn)工藝的限制。由于CPU是在半導(dǎo)體硅片上制造的，在硅片上的元件之間需要導(dǎo)線進(jìn)行聯(lián)接，由于在高頻狀態(tài)下要求導(dǎo)線越細(xì)越短越好，這樣才能減小導(dǎo)線分布電容等雜散干擾以保證CPU運(yùn)算正確。因此制造工藝的限制，是CPU主頻發(fā)展的最大障礙之一。

前端總線

總線是將信息以一個(gè)或多個(gè)源部件傳送到一個(gè)或多個(gè)目的部件的一組傳輸線。通俗的說，就是多個(gè)部件間的公共連線，用于在各個(gè)部件之間傳輸信息。人們常常以MHz表示的速度來描述總線頻率?？偩€的種類很多，前端總線的英文名字是Front Side Bus，通常用FSB表示，是將CPU連接到北橋芯片的總線。計(jì)算機(jī)的前端總線頻率是由CPU和北橋芯片共同決定的。

北橋芯片負(fù)責(zé)聯(lián)系內(nèi)存、顯卡等數(shù)據(jù)吞吐量最大的部件，并和南橋芯片連接。CPU就是通過前端總線（FSB）連接到北橋芯片，進(jìn)而通過北橋芯片和內(nèi)存、顯卡交換數(shù)據(jù)。前端總線是CPU和外界交換數(shù)據(jù)的最主要通道，因此前端總線的數(shù)據(jù)傳輸能力對計(jì)算機(jī)整體性能作用很大，如果沒足夠快的前端總線，再強(qiáng)的CPU也不能明顯提高計(jì)算機(jī)整體速度。數(shù)據(jù)傳輸最大帶寬取決于所有同時(shí)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)的寬度和傳輸頻率，即數(shù)據(jù)帶寬＝（總線頻率×數(shù)據(jù)位寬）÷8。

目前PC機(jī)上所能達(dá)到的前端總線頻率有266MHz、333MHz、400MHz、533MHz、800MHz幾種，前端總線頻率越大，代表著CPU與北橋芯片之間的數(shù)據(jù)傳輸能力越大，更能充分發(fā)揮出CPU的功能。現(xiàn)在的CPU技術(shù)發(fā)展很快，運(yùn)算速度提高很快，而足夠大的前端總線可以保障有足夠的數(shù)據(jù)供給給CPU，較低的前端總線將無法供給足夠的數(shù)據(jù)給CPU，這樣就限制了CPU性能得發(fā)揮，成為系統(tǒng)瓶頸。

外頻

外頻是CPU乃至整個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的基準(zhǔn)頻率，單位是MHz（兆赫茲）。在早期的電腦中，內(nèi)存與主板之間的同步運(yùn)行的速度等于外頻，在這種方式下，可以理解為CPU外頻直接與內(nèi)存相連通，實(shí)現(xiàn)兩者間的同步運(yùn)行狀態(tài)。對于目前的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)來說，兩者完全可以不相同，但是外頻的意義仍然存在，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中大多數(shù)的頻率都是在外頻的基礎(chǔ)上，乘以一定的倍數(shù)來實(shí)現(xiàn)，這個(gè)倍數(shù)可以是大于1的，也可以是小于1的。

說到處理器外頻，就要提到與之密切相關(guān)的兩個(gè)概念：倍頻與主頻，主頻就是CPU的時(shí)鐘頻率；倍頻即主頻與外頻之比的倍數(shù)。主頻、外頻、倍頻，其關(guān)系式：主頻＝外頻×倍頻。

倍頻

CPU的倍頻，全稱是倍頻系數(shù)。CPU的核心工作頻率與外頻之間存在著一個(gè)比值關(guān)系，這個(gè)比值就是倍頻系數(shù)，簡稱倍頻。理論上倍頻是從1.5一直到無限的，但需要注意的是，倍頻是以0.5為一個(gè)間隔單位。外頻與倍頻相乘就是主頻，所以其中任何一項(xiàng)提高都可以使CPU的主頻上升。

原先并沒有倍頻概念，CPU的主頻和系統(tǒng)總線的速度是一樣的，但CPU的速度越來越快，倍頻技術(shù)也就應(yīng)允而生。它可使系統(tǒng)總線工作在相對較低的頻率上，而CPU速度可以通過倍頻來無限提升。那么CPU主頻的計(jì)算方式變?yōu)椋褐黝l = 外頻 x 倍頻。也就是倍頻是指CPU和系統(tǒng)總線之間相差的倍數(shù)，當(dāng)外頻不變時(shí)，提高倍頻，CPU主頻也就越高。

外頻與前端總線頻率的區(qū)別：前端總線的速度指的是CPU和北橋芯片間總線的速度，更實(shí)質(zhì)性的表示了CPU和外界數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俣?。而外頻的概念是建立在數(shù)字脈沖信號(hào)震蕩速度基礎(chǔ)之上的，也就是說，100MHz外頻特指數(shù)字脈沖信號(hào)在每秒鐘震蕩一萬萬次，它更多的影響了PCI及其他總線的頻率。之所以前端總線與外頻這兩個(gè)概念容易混淆，主要的原因是在以前的很長一段時(shí)間里（主要是在Pentium 4出現(xiàn)之前和剛出現(xiàn)Pentium 4時(shí)），前端總線頻率與外頻是相同的，因此往往直接稱前端總線為外頻，最終造成這樣的誤會(huì)。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，人們發(fā)現(xiàn)前端總線頻率需要高于外頻，因此采用了QDR（Quad Date Rate）技術(shù)，或者其他類似的技術(shù)實(shí)現(xiàn)這個(gè)目的。這些技術(shù)的原理類似于AGP的2X或者4X，它們使得前端總線的頻率成為外頻的2倍、4倍甚至更高，從此之后前端總線和外頻的區(qū)別才開始被人們重視起來。

緩存

CPU緩存（Cache Memory）位于CPU與內(nèi)存之間的臨時(shí)存儲(chǔ)器，它的容量比內(nèi)存小但交換速度快。在緩存中的數(shù)據(jù)是內(nèi)存中的一小部分，但這一小部分是短時(shí)間內(nèi)CPU即將訪問的，當(dāng)CPU調(diào)用大量數(shù)據(jù)時(shí)，就可避開內(nèi)存直接從緩存中調(diào)用，從而加快讀取速度。由此可見，在CPU中加入緩存是一種高效的解決方案，這樣整個(gè)內(nèi)存儲(chǔ)器（緩存+內(nèi)存）就變成了既有緩存的高速度，又有內(nèi)存的大容量的存儲(chǔ)系統(tǒng)了。緩存對CPU的性能影響很大，主要是因?yàn)镃PU的數(shù)據(jù)交換順序和CPU與緩存間的帶寬引起的。

最早先的CPU緩存是個(gè)整體的，而且容量很低，英特爾公司從Pentium時(shí)代開始把緩存進(jìn)行了分類。當(dāng)時(shí)集成在CPU內(nèi)核中的緩存已不足以滿足CPU的需求，而制造工藝上的限制又不能大幅度提高緩存的容量。因此出現(xiàn)了集成在與CPU同一塊電路板上或主板上的緩存，此時(shí)就把 CPU內(nèi)核集成的緩存稱為一級(jí)緩存，而外部的稱為二級(jí)緩存。一級(jí)緩存中還分?jǐn)?shù)據(jù)緩存（Data Cache，D-Cache）和指令緩存（Instruction Cache，I-Cache）。二者分別用來存放數(shù)據(jù)和執(zhí)行這些數(shù)據(jù)的指令，而且兩者可以同時(shí)被CPU訪問，減少了爭用Cache所造成的沖突，提高了處理器效能。

核心類型

核心（Die）又稱為內(nèi)核，是CPU最重要的組成部分。CPU中心那塊隆起的芯片就是核心，是由單晶硅以一定的生產(chǎn)工藝制造出來的，CPU所有的計(jì)算、接受/存儲(chǔ)命令、處理數(shù)據(jù)都由核心執(zhí)行。各種CPU核心都具有固定的邏輯結(jié)構(gòu)，一級(jí)緩存、二級(jí)緩存、執(zhí)行單元、指令級(jí)單元和總線接口等邏輯單元都會(huì)有科學(xué)的布局。

為了便于CPU設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、銷售的管理，CPU制造商會(huì)對各種CPU核心給出相應(yīng)的代號(hào)，這也就是所謂的CPU核心類型。

不同的CPU（不同系列或同一系列）都會(huì)有不同的核心類型（例如Pentium 4的Northwood，Willamette以及K6-2的CXT和K6-2+的ST-50等等），甚至同一種核心都會(huì)有不同版本的類型（例如Northwood核心就分為B0和C1等版本），核心版本的變更是為了修正上一版存在的一些錯(cuò)誤，并提升一定的性能，而這些變化普通消費(fèi)者是很少去注意的。一般說來，新的核心類型往往比老的核心類型具有更好的性能。因此，核心類型在某種程度上決定了CPU的工作性能。制作工藝

通常我們所說的CPU的“制作工藝”指得是在生產(chǎn)CPU過程中，要進(jìn)行加工各種電路和電子元件，制造導(dǎo)線連接各個(gè)元器件。通常其生產(chǎn)的精度以微米（長度單位，1微米等于千分之一毫米）來表示，未來有向納米（1納米等于千分之一微米）發(fā)展的趨勢，精度越高，生產(chǎn)工藝越先進(jìn)。在同樣的材料中可以制造更多的電子元件，連接線也越細(xì)，提高CPU的集成度，CPU的功耗也越小。

制造工藝的微米是指IC內(nèi)電路與電路之間的距離。制造工藝的趨勢是向密集度愈高的方向發(fā)展。密度愈高的IC電路設(shè)計(jì)，意味著在同樣大小面積的IC中，可以擁有密度更高、功能更復(fù)雜的電路設(shè)計(jì)。微電子技術(shù)的發(fā)展與進(jìn)步，主要是靠工藝技術(shù)的不斷改進(jìn)，使得器件的特征尺寸不斷縮小，從而集成度不斷提高，功耗降低，器件性能得到提高。芯片制造工藝在1995年以后，從0.5微米、0.35微米、0.25微米、0.18微米、0.15微米、0.13微米、0.09微米，而0.065微米（65納米）的制造工藝將是下一代CPU的發(fā)展目標(biāo)。

封裝技術(shù)

所謂“封裝技術(shù)”是一種將集成電路用絕緣的塑料或陶瓷材料打包的技術(shù)。以CPU為例，我們實(shí)際看到的體積和外觀并不是真正的CPU內(nèi)核的大小和面貌，而是CPU內(nèi)核等元件經(jīng)過封裝后的產(chǎn)品。

封裝對于芯片來說是必須的，也是至關(guān)重要的。因?yàn)樾酒仨毰c外界隔離，以防止空氣中的雜質(zhì)對芯片電路的腐蝕而造成電氣性能下降。另一方面，封裝后的芯片也更便于安裝和運(yùn)輸。由于封裝技術(shù)的好壞還直接影響到芯片自身性能的發(fā)揮和與之連接的PCB（印制電路板）的設(shè)計(jì)和制造，因此它是至關(guān)重要的。封裝也可以說是指安裝半導(dǎo)體集成電路芯片用的外殼，它不僅起著安放、固定、密封、保護(hù)芯片和增強(qiáng)導(dǎo)熱性能的作用，而且還是溝通芯片內(nèi)部世界與外部電路的橋梁——芯片上的接點(diǎn)用導(dǎo)線連接到封裝外殼的引腳上，這些引腳又通過印刷電路板上的導(dǎo)線與其他器件建立連接。因此，對于很多集成電路產(chǎn)品而言，封裝技術(shù)都是非常關(guān)鍵的一環(huán)。

超線程技術(shù)

超線程技術(shù)是在一顆CPU同時(shí)執(zhí)行多個(gè)程序而共同分享一顆CPU內(nèi)的資源，理論上要像兩顆CPU一樣在同一時(shí)間執(zhí)行兩個(gè)線程，P4處理器需要多加入一個(gè)Logical CPU Pointer（邏輯處理單元）。因此新一代的P4 HT的die的面積比以往的P4增大了5%。而其余部分如ALU（整數(shù)運(yùn)算單元）、FPU（浮點(diǎn)運(yùn)算單元）、L2 Cache（二級(jí)緩存）則保持不變，這些部分是被分享的。

雖然采用超線程技術(shù)能同時(shí)執(zhí)行兩個(gè)線程，但它并不象兩個(gè)真正的CPU那樣，每各CPU都具有獨(dú)立的資源。當(dāng)兩個(gè)線程都同時(shí)需要某一個(gè)資源時(shí)，其中一個(gè)要暫時(shí)停止，并讓出資源，直到這些資源閑置后才能繼續(xù)。因此超線程的性能并不等于兩顆CPU的性能。

需要注意的是，含有超線程技術(shù)的CPU需要芯片組、軟件支持，才能比較理想的發(fā)揮該項(xiàng)技術(shù)的優(yōu)勢。

雙核心類型

在2005年以前，主頻一直是兩大處理器巨頭Intel和AMD爭相追逐的焦點(diǎn)。而且處理器主頻也在Intel和AMD的推動(dòng)下達(dá)到了一個(gè)又一個(gè)的高峰就在處理器主頻提升速度的同時(shí)，也發(fā)現(xiàn)在目前的情況下，單純主頻的提升已經(jīng)無法為系統(tǒng)整體性能的提升帶來明顯的好處，并且高主頻帶來了處理器巨大的發(fā)熱量，更為不利是Intel和AMD兩家在處理器主頻提升上已經(jīng)有些力不從心了。在這種情況下，Intel和AMD都不約而同地將投向了多核心的發(fā)展方向在不用進(jìn)行大規(guī)模開發(fā)的情況下將現(xiàn)有產(chǎn)品發(fā)展成為理論性能更為強(qiáng)大的多核心處理器系統(tǒng)，無疑是相當(dāng)明智的選擇。

雙核處理器就基于單個(gè)半導(dǎo)體的一個(gè)處理器上擁有兩個(gè)一樣功能的處理器核心，即是將兩個(gè)物理處理器核心整合入一個(gè)內(nèi)核中。事實(shí)上，雙核架構(gòu)并不是什么新技術(shù)，不過此前雙核心處理器一直是服務(wù)器的專利，現(xiàn)在已經(jīng)開始普及之中。

64位技術(shù)

這里的64位技術(shù)是相對于32位而言的，這個(gè)位數(shù)指的是CPU GPRs（General-Purpose Registers，通用寄存器）的數(shù)據(jù)寬度為64位，CPU在單位時(shí)間內(nèi)能一次處理的二進(jìn)制數(shù)的位數(shù)。64位指令集就是運(yùn)行64位數(shù)據(jù)的指令，也就是說處理器一次可以運(yùn)行64bit數(shù)據(jù)。64bit計(jì)算主要有兩大優(yōu)點(diǎn)：可以進(jìn)行更大范圍的整數(shù)運(yùn)算；可以支持更大的內(nèi)存。