摩尔定律下的晶体管发展
1970年秋天，世界上***颗处理器在英特尔诞生。这颗命名为4004的处理器采用10微米工艺，内部仅集成了2250个晶体管，主频为0.74MHz，只能进行4位运算。虽然按今天的眼光来看这颗处理器的规格微不足道，但是它却改变了今后世界生活和工作的方式，揭开了今后近四十年微处理器发展的序幕。
Intel 4004
2009年的ISSCC大会上，英特尔公布了8核心Nehalem-EX至强处理器的细节，采用45纳米工艺的Nehalem-EX将集成23亿个晶体管，集成内存控制器，集成8个缓存片，组成24MB的三级缓存，支持SMT技术，每个核心可以支持2个同步线程。
从电子管到晶体管，从***颗处理器的2250个到即将发布的Nehalem-EX的23亿个，60余年间，芯片行业发生了翻天覆地变化，摩尔定律推动的处理器的更迭也在不断改进着人类计算的方式。摩尔定律会一直适用吗？在处理器的发展过程中无数人产生过这样的问题。
在人们理所应当的认为处理器就是一个核心的年代，人们也习惯于在小小的芯片上塞进更多的晶体管，换来频率和性能的提升，同时也在忍受着处理器功耗和热量的攀升。起初，这种代价被认为是理所当然，是可以接受的。单核心的时代，人们在也在尝试着处理器究竟可以集成多少晶体管，频率是否可以不断地突破极限，而热量和功耗也可以控制在一个可以接受的范围。
当4GHz处理器在规划阶段时，英特尔对一直奉行的“高主频=高速度=高性能”的理念产生了怀疑，人们也再无法忍受动辄百瓦以上的功耗和硕大的散热器，迫于4GHz处理器的热量限制，2004年，英特尔不得不取消了这款史上***频率处理器的研发计划，自1965年就开始统治芯片发展的摩尔定律***次轰然倒地，人们在想，摩尔定律终结了，那么今后，处理器又该向哪个方向发展？
制程和微构架：多核之路两大后盾
单核心处理器发展到了极限，AMD和英特尔将眼光放在了多核处理器上。将多个核心置入单一芯片中，每个核心以较缓慢的速度运转，这样既能减少运转消耗的能量，又能减少运转生成的热量。此外，集多个处理器的能力，可提供比单一处理芯片更大的处理性能。不管是AMD还是英特尔，发展多核处理器的基本思想也是相同的。不过最初产生分歧的是，AMD倡导的是“原生”多核，即在一片晶圆上集成多个处理器核心，而英特尔是将多个处理器集成在一个处理器中。
多核心技术的发展为处理器找到了一条可持续发展的道路，也让神奇的摩尔定律再度延续，但在多核之路上顺畅发展也需要两个强大的后盾：制程和微构架。英特尔制程工艺从90纳米进步到65纳米、微构架从NetBurst进步到Core，给英特尔处理器带来了***的能效提升，在服务器处理器市场稳稳占据了老大的位置，不过工艺进步到65纳米，二氧化硅材料的限制带来了另一个瓶颈。
晶体管可分为低电阻层、多晶硅栅极和二氧化硅电介层。其中，二氧化硅电介层在65纳米时代已降低至相当于五层原子的厚度，再进一步缩小则会遭遇电介层的漏电而达到极限。对于芯片的发展，这又是一个挑战。不过这个时候摩尔定律又再次表现出了神奇的效力。
2007年，英特尔寻找到了High-K金属栅材料代替二氧化硅，将晶体管间的切换功耗降低近30%，将晶体管切换速度提高20%，而减少栅极漏电10倍以上，减少源极向漏极漏电5倍以上，解决了电介质漏电问题，让晶体管的尺寸可以更小，并带来更低的能源消耗。45纳米制程工艺是处理器发展史上一个新的里程碑，英特尔高级副总裁基辛格表示，45纳米工艺让摩尔定律至少可以再延续10年。
英特尔45纳米核心照
微构架在处理器多核进程上扮演着同样重要的角色，出色的微构架让可以制程工艺的先进性更加充分的发挥。我们还记得英特尔在2006年发布的“Dempsey”至强双核5000系列处理器，虽然工艺进步到了65纳米，但是依旧采用了陈旧的NetBurst微构架，而随后发布的65纳米工艺“Woodcrest”至强5100系列，得益于先进的Core微构架，功耗平均仅65w，能效提升近一倍。
Nehalem推动多核心进程
伴随着英特尔的Tick-Tock摆钟式发展步调，自2006年开始，英特尔钟摆迎来了第二次的摆动。2007年推出45纳米工艺，08年推出新的微构架Nehalem，在本月底，英特尔将发布Nehalem EP至强5500系列处理器。Nehalem至强集成内存控制器，采用了QPI全互联架构，消除了系统I/O瓶颈，相对之前平台可以获得两到三倍的带宽提升，同时，Nehalem可以动态的管理内核、线程、高速缓存、接口和功率，为用户不同需要随时提供出色能效和性能体验。
英特尔Nehalem EP至强核心照
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Nehalem微构架的设计宗旨就是期待能够充分利用英特尔45纳米高-K金属栅制程技术的所有优势，注重改进处理器使用可用时钟周期和功率，而不只是一味的提高时钟速度和功耗要求，目标是在同等功耗封装内，提高工作效率完成更多工作。
本次将发布的Nehalem至强5500系列处理器基本采用4核心设计，具有4MB或者8MB的三级缓存，功耗从60w到130w，虽然功耗上相对目前至强5400系列并没有降低，但新的微构架在不提升主频和功耗的前提下也可以有效的提升处理器的性能，获得更高的能效。
虽然至强六核心处理器在08年9月就已经发布，多核处理器已经进入到了六核心时代，但是本次的Nehalem至强并没有采用六核心的设计，不过这也并不意味着先进的微构架会成为英特尔放缓多核进程的理由。根据英特尔至强处理器路线图，采用8核心、面向四路及以上市场的Nehalem-EX至强将在2010年发布，Nehalem-EX将集成23亿个晶体管，刷新晶体管数量新纪录。
除了8核心的Nehalem-EX至强外，根据路线图，英特尔计划在今年推出32纳米工艺、在2010年推出基于32纳米的Sandy Bridge微架构、2011年推出22纳米制造工艺，延续Sandy Bridge微架构...在Tick-Tock发展步调下，未来几年，制程工艺和微构架的层叠式进步将会不断推进英特尔多核处理器的向前发展，8核心并不是终点，相信不久的将来我们能看到更多激动人心的多核处理器产品。
附：晶体管60年发展历程
1947年12月16日：威廉·邵克雷（William Shockley）、约翰·巴顿（John Bardeen）和沃特·布拉顿（Walter Brattain）成功地在贝尔实验室制造出***个晶体管。
1950年：威廉·邵克雷开发出双极晶体管（Bipolar Junction Transistor），这是现在通行的标准的晶体管。
1953年：***个采用晶体管的商业化设备投入市场，即助听器。
1954年10月18日：***台晶体管收音机Regency TR1投入市场，仅包含4只锗晶体管。
1961年4月25日：***个集成电路专利被授予罗伯特·诺伊斯（Robert Noyce）。最初的晶体管对收音机和电话而言已经足够，但是新的电子设备要求规格更小的晶体管，即集成电路。
1965年：摩尔定律诞生。当时，戈登·摩尔（Gordon Moore）预测，未来一个芯片上的晶体管数量大约每年翻一倍（10年后修正为每两年），摩尔定律在Electronics Magazine杂志一篇文章中公布。
1968年7月：罗伯特·诺伊斯和戈登·摩尔从仙童（Fairchild）半导体公司辞职，创立了一个新的企业，即英特尔公司，英文名Intel为“集成电子设备（integrated electronics）”的缩写。
1969年：英特尔成功开发出***个PMOS硅栅晶体管技术。这些晶体管继续使用传统的二氧化硅栅介质，但是引入了新的多晶硅栅电极。
1971年：英特尔发布了其***个微处理器4004。4004规格为1/8英寸 x 1/16英寸，包含仅2000多个晶体管，采用英特尔10微米PMOS技术生产。
1978年：英特尔标志性地把英特尔8088微处理器销售给IBM新的个人电脑事业部，武装了IBM新产品IBM PC的中枢大脑。16位8088处理器含有2.9万个晶体管，运行频率为5MHz、8MHz和10MHz。8088的成功推动英特尔进入了财富（Forture） 500强企业排名，《财富（Forture）》杂志将英特尔公司评为“七十大商业奇迹之一（Business Triumphs of the Seventies）”。
1982年：286微处理器（又称80286）推出，成为英特尔的***个16位处理器，可运行为英特尔前一代产品所编写的所有软件。286处理器使用了13400个晶体管，运行频率为6MHz、8MHz、10MHz和12.5MHz。
1985年：英特尔386微处理器问世，含有27.5万个晶体管，是最初4004晶体管数量的100多倍。386是32位芯片，具备多任务处理能力，即它可在同一时间运行多个程序。
1993年：英特尔奔腾处理器问世，含有3百万个晶体管，采用英特尔0.8微米制程技术生产。
1999年2月：英特尔发布了奔腾III处理器。奔腾III是1x1正方形硅，含有950万个晶体管，采用英特尔0.25微米制程技术生产。
2002年1月：英特尔奔腾4处理器推出，高性能桌面台式电脑由此可实现每秒钟22亿个周期运算。它采用英特尔0.13微米制程技术生产，含有5500万个晶体管。
2002年8月13日：英特尔透露了90纳米制程技术的若干技术突破，包括高性能、低功耗晶体管，应变硅，高速铜质接头和新型低-k介质材料。这是业内***在生产中采用应变硅。
2003年3月12日：针对笔记本的英特尔迅驰移动技术平台诞生，包括了英特尔***的移动处理器“英特尔奔腾M处理器”。该处理器基于全新的移动优化微体系架构，采用英特尔0.13微米制程技术生产，包含7700万个晶体管。
2005年5月26日：英特尔***个主流双核处理器“英特尔奔腾D处理器”诞生，含有2.3亿个晶体管，采用英特尔领先的90纳米制程技术生产。
2006年7月18日：英特尔安腾2双核处理器发布，采用世界最复杂的产品设计，含有17.2亿个晶体管。该处理器采用英特尔90纳米制程技术生产。
2006年7月27日：英特尔酷睿2双核处理器诞生。该处理器含有2.9亿多个晶体管，采用英特尔65纳米制程技术在世界***进的几个实验室生产。
2006年9月26日：英特尔宣布，超过15种45纳米制程产品正在开发，面向台式机、笔记本和企业级计算市场，研发代码Penryn，是从英特尔酷睿微体系架构派生而出。
2007年1月8日：为扩大四核PC向主流买家的销售，英特尔发布了针对桌面电脑的65纳米制程英特尔酷睿2四核处理器和另外两款四核服务器处理器。英特尔®酷睿™2四核处理器含有5.8亿多个晶体管。
2007年1月29日：英特尔公布采用突破性的晶体管材料即高-k栅介质和金属栅极。英特尔将采用这些材料在公司下一代处理器——英特尔酷睿2双核、英特尔酷睿2四核处理器以及英特尔至强系列多核处理器的数以亿计的45纳米晶体管或微小开关中用来构建绝缘“墙”和开关“门”，研发代码Penryn。采用了这些先进的晶体管，已经生产出了英特尔45纳米微处理器。
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