处理器史话 | 摩尔定律失效后，硅芯片将何去何从？

众所周知，微处理器（CPU）在现代计算设备里是核心，是大脑，但是对于大多人来说，CPU只不过就是一个名词、一个符号或者代表着某一项参数，是名副其实的"幕后"英雄。虽然在本文中陆续展示了点滴的代表性产品、与之相关的重要人物及其事迹，但是更多的无名英雄，依旧是很少被人认知赞美的。

回顾历史，1971年11月15日，全球第一款微处理器"Intel 4004"从Intel公司诞生，时至今日已走过45年的岁月，它改变了人类的思维方式、生活方式和提升了工作效率和生活品质，那么将来的发展趋势如何呢？

在解答这个问题之前，首先浏览下面的画卷。

1. 图解CPU发展史简
由图可见，经过了以上40多年的发展，如今，CPU就象一匹脱缰的野马，正以异乎寻常的速度向前发展，在大大小小的媒体上，市场充斥着与之相关的声音：频率提升、功耗降低、新品发布、人机大战、操作系统的升级等等。如果说显卡、声卡的更新是技术上的创新，那么CPU的升级换代就是技术上的革命！

因此，不禁要问CPU将来的发展方向是什么？到底能够跑多快？它的发展还会带给人们哪些变革？或许下面的内容会给出一些答案！

2. 总趋势分析
在最初研发CPU的时候，人们就对其寄予厚望，要求微处理器要具备如下的要素：体积小重量轻、可靠性高、价格低廉、应用面广泛的特点。可以说现在的CPU都符合这些要求，所以要想更贴切的把握CPU的发展趋势，有必要对CPU的各个方面做一个比较全面的分析。

纵观CPU的发展史，可以概括为如下：

(1) 位数越来越大
早期CPU和现在的CPU的一个重要的差别就是位数的巨大差异。CPU位数的发展历程如下：
4位：Intel 4004；
8位：Intel 8080/8085、Motorola6800/6802、ROCKWELL6502；
16位：Intel 8086/8088、Motorola 68000；
32位：Intel 80386/80486；
64位：Intel Itanium和AMD K8。

有些古董级位数的CPU，估计有些人是见所未见的，更不必说使用过了，比如想要见识4004的身影，恐怕只能去博物馆或者翻翻地下室、阁楼的抽屉，也许拆开一些比较老的便携式计算器，会有所收获的。

从上面的数据来看，CPU位数增高是一个必然趋势，那么为什么要增高CPU的位数呢？增高位数到底有哪些好处呢？

首先回答第一个问题：CPU要处理更多更复杂的数据，这就需要提高CPU的数据带宽。

解决这个问题，目前只有两种行之有效的办法：
其一、提高CPU I/O端口的频率。
其二、加大CPU数据传输端口的宽度。

就第一种办法而言，无疑是两种做法中最简单的。但是提高频率便要对生产技术提高多个数量等级，而这无疑又增加生产成本和延长了生产周期。那么如果采用第二种方法会如何呢？

采用后者看起来就好多了：CPU I/O接口带宽增加处理的数据随之增多，多个周期内可完成的任务在一个周期就可以完成了！

这个答案是显而易见的，如果二者兼顾，那么则更加完美了！

(2) 封装越来越小
对于用户而言，对CPU使用什么封装技术并不在意，因为关注的重点在于新品CPU的接口形式，比如大家都很喜欢小巧的、使用灵活的接口，这是常识：毕竟体积小，所占空间就小；用手指可以直接完成的安装，比借助工具来完成的更加方便。

在过去，大多数人已经对频繁变更CPU的接口形式所带来的额外投入感到厌烦。其实封装正是在促使CPU接口转型的重要原因之一。最为典型的例子就是赛杨从SOLT1到SOCKET370的转型了。在转型PPGA封装的赛杨后去除了没有多大必要的PCB板，有效的减少了成本。还有一个更重要的原因就是采用PPGA封装制造，赛杨可以使制造难度下降一个等级。

所以说封装小型化，将是未来CPU封装的主导思想！当然小型化的实现，离不开高度集成，高度集成是工艺改进的必然结果。

(3) 速度越来越快
一直以来，大家最关心的恐怕就要数CPU的速度了。速度的大小标志着CPU运算能力的高低。

自从1971年Intel4004，频率只有1MHz，而2001年的P4频率高达2.0G，2008年的Core i7最低主频是2.8GHz，2016年的最新CPU，主频高达3.0G，的在45年间，频率居然增长了3000倍。

速度提升了，运算能力自然大大提升，带给人们的感受也是有目共睹的。不过虽然速度是提高CPU性能的法宝之一，但是单凭无止境的提速是很难使CPU有一个质的飞跃的。不过工艺的发展证明：对CPU而言速度是重要的，但它并不是万能的！

(4) CACHE越来越小
CACHE一直是CPU中不可低估的元素。那么CACHE究竟是怎样工作的呢？首先主存当中保存着所有要用的数据，而CACHE中保存着的部分数据是主存中数据的副本。

当CPU访问主存时，首先检查CACHE。

如果要存取的数据已经在CACHE中