处理器史话 | 摩尔定律失效后，硅芯片将何去何从？

，CPU就可以很快的完成访问，称作"命中"。反之，如果数据不在CACHE中CPU就必须从主存中提龋

看来CACHE可以有效的增加CPU读取数据的速度，那么为何不把主存当中的所有数据都放入如CACHE中呢？换句话说，就是为什么不增大CACHE的容量来多容纳一些数据呢？
其实答案很简单，这就关系到上面所说的命中的问题。CACHE中存储的数据不但是主存中的副本而且是随机性的数据。这就是说即便CACHE里面有数据也不一定是CPU要访问的。如果CACHE很大CPU在里面又寻找不到所需要的数据，就造成了未命中的情况。可以说这一段时间就白白浪费了。

既然如此，如果使用小容量CACHE会如何呢？结果是这样的：
即便是没有找到所需要的数据，寻找数据浪费的时间也要比大CACHE少得多。但是可能大家也注意到了，使用小CACHE的话CPU的命中率会大大降低。因此可以得出如下的结论：CACHE不是越大越好。所以说大CACHE并不是未来CPU缓存的发展方向。

补充一点：实际上CPU的性能和CACHE的大小是呈负指数二项式增长。这就是说当CPU的CACHE的大小到达一定的水平后，如果不及时更新CACHE搜索算法和CACHE的轮换算法，CPU性能将没有本质上的提高！

(5) 制作工艺尺寸越来越小
CPU的"制作工艺"指的是在生产CPU过程中，要进行加工各种电路和电子元件，精度越高，生产工艺越先进。在同样的材料中可以制造更多的电子元件，连接线也越细，提高CPU的集成度，CPU的功耗也越小。

制造工艺的"微米"和"纳米"是指IC内电路与电路之间的距离。制造工艺的趋势是向密集度愈高的方向发展。密度愈高的IC电路设计，意味着在同样大小面积的IC中，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，使得器件的特征尺寸不断缩小，从而集成度不断提高，功耗降低，器件性能得到提高。

芯片制造工艺在1995年以后，从0.5μm、0.35μm、0.25μm、0.18μm、0.15μm、0.13μm、90nm、65nm、45nm、32nm，22nm，一直发展到目前最新的14nm。

可以说，现在CPU的制作工艺，已经从无"微"不至，到了"无纳诸侯"的境界了！

(6) 电压和功耗越来越低
从CPU发展历史来看，这个结论是显而易见的，而且是将来的发展方向。
当然电压、功耗是和生产工艺及集成度密切相关的。回想第一台计算机问世时的情形：体积庞大，数以万计的管件堆置在一起；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，变成了一个大烤炉。即便是这样其运算能力也没有现今手头上的便携式的计算器强。

低头看一下现在手里的笔记本电脑或台式机，即便是10几年前的"老爷机"：1GHz的功耗也只有54W，这点儿热量，"取暖"都是问题，更不必说"烤炉"了。能源短缺是人类面临的重要问题，新一代CPU在这方面已经为人类起了典范的作用！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。

然后，这种降压的趋势一直延续了下来：5V?1.65V(赛杨2)? 1.3V (C3)。

虽然下降的幅度不算是很大，但是要知道1.X伏特的电压已经是很小了。即便是再有下降的空间，这样的空间也不算是很大了。所以说就是只下降了0.05V也是一个重大的进步！

对于台式机和便携式机而言，省电、低耗、超低电压的CPU必将成为它们的首选！

(7) RISC指令结构当道
关于这一点，先从RISC指令结构和X86指令集说起。

在1978年Intel公司推出了代号为8086的16位处理器，与此同时还推出了一款代号为8087的数学协处理器。因为当时这两种芯片在指令集上相互兼容，所以人们将其统称为X86指令集。

随着时代的发展Intel陆续推出了更新型号的CPU，但它们都有一个共同的特点就是仍然兼容原来的X86指令集。所以在Intel的后续产品上，就看到了诸如以286、386、486、586等以X86形式命名的CPU产品。但是当AMD 的K8出现时，则表明X86已经是夕阳西下了，RISC处理器隆重登场。

RISC优越的性能完全得益于短指令：因为RISC处理器所处理的都是等长的短指令，这样一来就大大简化了解码器的设计，省去了许多微码结构。同时RISC极大的简化了每一个时钟周期的任务，这样一来由于每一个时钟周期所要完成的任务相对较少，它就可以尽量缩短时钟的脉冲间隔，从而提高CPU工作频率。

所以在同等的制造技术下，它的时钟频率就高于CISC处理器。RISC处理器的性能之所以高人一筹就是基于以上的原因。

摩尔定律，让科学家和工程师们可以预料到未来CPU发展的大致情况。毫无疑问，高性能、低能耗、高速度和低成本是未来的发展方向。

3. 摩尔定律失效后，硅