CPU是Central Processing Unit的缩写，翻译成中文直译为中央处理单元。按汉语习惯，一般译为中央处理器。
通常一台计算机硬件系统，由五个必要的部分组成：控制器、计算器、存储器、输入设备和输出设备。而在微型计算机中，是把控制器和计算器整合集成在一个集成块中，这就是CPU了。
CPU是一台微机的核心部件，顾名思义，计算机的控制和计算都是由它来完成的，所以有人把它比喻为人的大脑。由CPU的型号，就可以大体判断一台计算机的等级高低。
这18条背下来没人敢和你忽悠CPU
1.主频
主频也叫时钟频率，单位是MHz，用来表示CPU的运算速度。CPU的主频＝外频×倍频系数。很多人认为主频就决定着CPU的运行速度，这不仅是个片面的，而且对于服务器来讲，这个认识也出现了偏差。至今，没有一条确定的公式能够实现主频和实际的运算速度两者之间的数值关系，即使是两大处理器厂家Intel和AMD，在这点上也存在着很大的争议，我们从Intel的产品的发展趋势，可以看出Intel很注重加强自身主频的发展。像其他的处理器厂家，有人曾经拿过一快1G的全美达来做比较，它的运行效率相当于2G的Intel处理器。
所以，CPU的主频与CPU实际的运算能力是没有直接关系的，主频表示在CPU内数字脉冲信号震荡的速度。在Intel的处理器产品中，我们也可以看到这样的例子：1 GHz Itanium芯片能够表现得差不多跟2.66 GHz Xeon/Opteron一样快，或是1.5 GHz Itanium 2大约跟4 GHz Xeon/Opteron一样快。CPU的运算速度还要看CPU的流水线的各方面的性能指标。
当然，主频和实际的运算速度是有关的，只能说主频仅仅是CPU性能表现的一个方面，而不代表CPU的整体性能。
2.外频
外频是CPU的基准频率，单位也是MHz。CPU的外频决定着整块主板的运行速度。说白了，在台式机中，我们所说的超频，都是超CPU的外频（当然一般情况下，CPU的倍频都是被锁住的）相信这点是很好理解的。但对于服务器CPU来讲，超频是绝对不允许的。前面说到CPU决定着主板的运行速度，两者是同步运行的，如果把服务器CPU超频了，改变了外频，会产生异步运行，（台式机很多主板都支持异步运行）这样会造成整个服务器系统的不稳定。
目前的绝大部分电脑系统中外频也是内存与主板之间的同步运行的速度，在这种方式下，可以理解为CPU的外频直接与内存相连通，实现两者间的同步运行状态。外频与前端总线(FSB)频率很容易被混为一谈，下面的前端总线介绍我们谈谈两者的区别。
3.前端总线(FSB)频率
前端总线(FSB)频率(即总线频率)是直接影响CPU与内存直接数据交换速度。有一条公式可以计算，即数据带宽＝(总线频率×数据带宽)/8，数据传输最大带宽取决于所有同时传输的数据的宽度和传输频率。比方，现在的支持64位的至强Nocona，前端总线是800MHz，按照公式，它的数据传输最大带宽是6.4GB/秒。
外频与前端总线(FSB)频率的区别：前端总线的速度指的是数据传输的速度，外频是CPU与主板之间同步运行的速度。也就是说，100MHz外频特指数字脉冲信号在每秒钟震荡一千万次；而100MHz前端总线指的是每秒钟CPU可接受的数据传输量是100MHz×64bit÷8Byte/bit=800MB/s。
其实现在“HyperTransport”构架的出现，让这种实际意义上的前端总线(FSB)频率发生了变化。之前我们知道IA-32架构必须有三大重要的构件：内存控制器Hub (MCH) ,I/O控制器Hub和PCI Hub，像Intel很典型的芯片组 Intel 7501、Intel7505芯片组，为双至强处理器量身定做的，它们所包含的MCH为CPU提供了频率为533MHz的前端总线，配合DDR内存，前端总线带宽可达到4.3GB/秒。但随着处理器性能不断提高同时给系统架构带来了很多问题。而“HyperTransport”构架不但解决了问题，而且更有效地提高了总线带宽，比方AMD Opteron处理器，灵活的HyperTransport I/O总线体系结构让它整合了内存控制器，使处理器不通过系统总线传给芯片组而直接和内存交换数据。这样的话，前端总线(FSB)频率在AMD Opteron处理器就不知道从何钙鹆恕?
4、CPU的位和字长
位：在数字电路和电脑技术中***用二进制，代码只有“0”和“1”，其中无论是 “0”或是“1”在CPU中都是 一“位”。
字长：电脑技术中对CPU在单位时间内(同一时间)能一次处理的二进制数的位数叫字长。所以能处理字长为8位数据的CPU通常就叫8位的CPU。同理32位的CPU就能在单位时间内处理字长为32位的二进制数据。字节和字长的区别：由于常用的英文字符用8位二进制就可以表示，所以通常就将8位称为一个字节。字长的长度是不固定的，对于不同的CPU、字长的长度也不一样。8位的CPU一次只能处理一个字节，而32位的CPU一次就能处理4个字节，同理字长为64位的CPU一次可以处理8个字节。
5.倍频系数
倍频系数是指CPU主频与外频之间的相对比例关系。在相同的外频下，倍频越高CPU的频率也越高。但实际上，在相同外频的前提下，高倍频的CPU本身意义并不大。这是因为CPU与系统之间数据传输速度是有限的，一味追求高倍频而得到高主频的CPU就会出现明显的“瓶颈”效应—CPU从系统中得到数据的极限速度不能够满足CPU运算的速度。一般除了工程样版的Intel的CPU都是锁了倍频的，而AMD之前都没有锁。
6.缓存
缓存大小也是CPU的重要指标之一，而且缓存的结构和大小对CPU速度的影响非常大，CPU内缓存的运行频率极高，一般是和处理器同频运作，工作效率远远大于系统内存和硬盘。实际工作时，CPU往往需要重复读取同样的数据块，而缓存容量的增大，可以大幅度提升CPU内部读取数据的命中率，而不用再到内存或者硬盘上寻找，以此提高系统性能。但是由于CPU芯片面积和成本的因素来考虑，缓存都很小。
L1 Cache(一级缓存)是CPU第一层高速缓存，分为数据缓存和指令缓存。内置的L1高速缓存的容量和结构对CPU的性能影响较大，不过高速缓冲存储器均由静态RAM组成，结构较复杂，在CPU管芯面积不能太大的情况下，L1级高速缓存的容量不可能做得太大。一般服务器CPU的L1缓存的容量通常在32—256KB。
L2 Cache(二级缓存)是CPU的第二层高速缓存，分内部和外部两种芯片。内部的芯片二级缓存运行速度与主频相同，而外部的二级缓存则只有主频的一半。L2高速缓存容量也会影响CPU的性能，原则是越大越好，现在家庭用CPU容量最大的是512KB，而服务器和工作站上用CPU的L2高速缓存更高达256-1MB，有的高达2MB或者3MB。
L3 Cache(***缓存)，分为两种，早期的是外置，现在的都是内置的。而它的实际作用即是，L3缓存的应用可以进一步降低内存延迟，同时提升大数据量计算时处理器的性能。降低内存延迟和提升大数据量计算能力对游戏都很有帮助。而在服务器领域增加L3缓存在性能方面仍然有显著的提升。比方具有较大L3缓存的配置利用物理内存会更有效，故它比较慢的磁盘I/O子系统可以处理更多的数据请求。具有较大L3缓存的处理器提供更有效的文件系统缓存行为及较短消息和处理器队列长度。
其实最早的L3缓存被应用在AMD发布的K6-III处理器上，当时的L3缓存受限于制造工艺，并没有被集成进芯片内部，而是集成在主板上。在只能够和系统总线频率同步的L3缓存同主内存其实差不了多少。后来使用L3缓存的是英特尔为服务器市场所推出的Itanium处理器。接着就是P4EE和至强MP。Intel还打算推出一款9MB L3缓存的Itanium2处理器，和以后24MB L3缓存的双核心Itanium2处理器。
但基本上L3缓存对处理器的性能提高显得不是很重要，比方配备1MB L3缓存的Xeon MP处理器却仍然不是Opteron的对手，由此可见前端总线的增加，要比缓存增加带来更有效的性能提升。
7.CPU扩展指令集
CPU依靠指令来计算和控制系统，每款CPU在设计时就规定了一系列与其硬件电路相配合的指令系统。指令的强弱也是CPU的重要指标，指令集是提高微处理器效率的最有效工具之一。从现阶段的主流体系结构讲，指令集可分为复杂指令集和精简指令集两部分，而从具体运用看，如Intel的MMX（Multi Media Extended）、SSE、 SSE2（Streaming-Single instruction multiple data-Extensions 2）、SEE3和AMD的3DNow!等都是CPU的扩展指令集，分别增强了CPU的多媒体、图形图象和Internet等的处理能力。我们通常会把CPU的扩展指令集称为"CPU的指令集"。SSE3指令集也是目前规模最小的指令集，此前MMX包含有57条命令，SSE包含有50条命令，SSE2包含有144条命令，SSE3包含有13条命令。目前SSE3也是最先进的指令集，英特尔Prescott处理器已经支持SSE3指令集，AMD会在未来双核心处理器当中加入对SSE3指令集的支持，全美达的处理器也将支持这一指令集。
8.CPU内核和I/O工作电压
从586CPU开始，CPU的工作电压分为内核电压和I/O电压两种，通常CPU的核心电压小于等于I/O电压。其中内核电压的大小是根据CPU的生产工艺而定，一般制作工艺越小，内核工作电压越低；I/O电压一般都在1.6~5V。低电压能解决耗电过大和发热过高的问题。
9.制造工艺
制造工艺的微米是指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。现在主要的180nm、130nm、90nm。最近官方已经表示有65nm的制造工艺了。
10.指令集
（1）CISC指令集
CISC指令集，也称为复杂指令集，英文名是CISC，（Complex Instruction Set Computer的缩写）。在CISC微处理器中，程序的各条指令是按顺序串行执行的，每条指令中的各个操作也是按顺序串行执行的。顺序执行的优点是控制简单，但计算机各部分的利用率不高，执行速度慢。其实它是英特尔生产的x86系列（也就是IA-32架构）CPU及其兼容CPU，如AMD、VIA的。即使是现在新起的X86-64（也被成AMD64）都是属于CISC的范畴。
要知道什么是指令集还要从当今的X86架构的CPU说起。X86指令集是Intel为其第一块16位CPU(i8086)专门开发的，IBM1981年推出的世界第一台PC机中的CPU—i8088(i8086简化版)使用的也是X86指令，同时电脑中为提高浮点数据处理能力而增加了X87芯片，以后就将X86指令集和X87指令集统称为X86指令集。
虽然随着CPU技术的不断发展，Intel陆续研制出更新型的i80386、i80486直到过去的PII至强、PIII至强、Pentium 3，最后到今天的Pentium 4系列、至强（不包括至强Nocona），但为了保证电脑能继续运行以往开发的各类应用程序以保护和继承丰富的软件***，所以Intel公司所生产的所有CPU仍然继续使用X86指令集，所以它的CPU仍属于X86系列。由于Intel X86系列及其兼容CPU（如AMD Athlon MP、）都使用X86指令集，所以就形成了今天庞大的X86系列及兼容CPU阵容。x86CPU目前主要有intel的服务器CPU和AMD的服务器CPU两类。
（2）RISC指令集
RISC是英文“Reduced Instruction Set Computing ” 的缩写，中文意思是“精简指令集”。它是在CISC指令系统基础上发展起来的，有人对CISC机进行测试表明，各种指令的使用频度相当悬殊，最常使用的是一些比较简单的指令，它们仅占指令总数的20％，但在程序中出现的频度却占80％。复杂的指令系统必然增加微处理器的复杂性，使处理器的研制时间长，成本高。并且复杂指令需要复杂的操作，必然会降低计算机的速度。基于上述原因，20世纪80年代RISC型CPU诞生了，相对于CISC型CPU ,RISC型CPU不仅精简了指令系统，还***用了一种叫做“超标量和超流水线结构”，大大增加了并行处理能力。RISC指令集是高性能CPU的发展方向。它与传统的CISC(复杂指令集)相对。相比而言，RISC的指令格式统一，种类比较少，寻址方式也比复杂指令集少。当然处理速度就提高很多了。目前在中高档服务器中普遍***用这一指令系统的CPU，特别是高档服务器全都***用RISC指令系统的CPU。RISC指令系统更加适合高档服务器的操作系统UNIX，现在Linux也属于类似UNIX的操作系统。RISC型CPU与Intel和AMD的CPU在软件和硬件上都不兼容。
目前，在中高档服务器中***用RISC指令的CPU主要有以下几类：PowerPC处理器、SPARC处理器、PA-RISC处理器、MIPS处理器、Alpha处理器。
（3）IA-64
EPIC（Explicitly Parallel Instruction Computers，精确并行指令计算机）是否是RISC和CISC体系的继承者的争论已经有很多，单以EPIC体系来说，它更像Intel的处理器迈向RISC体系的重要步骤。从理论上说，EPIC体系设计的CPU，在相同的主机配置下，处理Windows的应用软件比基于Unix下的应用软件要好得多。
Intel***用EPIC技术的服务器CPU是安腾Itanium（开发代号即Merced）。它是64位处理器，也是IA－64系列中的第一款。微软也已开发了代号为Win64的操作系统，在软件上加以支持。在Intel***用了X86指令集之后，它又转而寻求更先进的64-bit微处理器，Intel这样做的原因是，它们想摆脱容量巨大的x86架构,从而引入精力充沛而又功能强大的指令集，于是***用EPIC指令集的IA-64架构便诞生了。IA-64 在很多方面来说，都比x86有了长足的进步。突破了传统IA32架构的许多限制，在数据的处理能力，系统的稳定性、安全性、可用性、可观理性等方面获得了突破性的提高。
IA-64微处理器最大的缺陷是它们缺乏与x86的兼容，而Intel为了IA-64处理器能够更好地运行两个朝代的软件，它在IA-64处理器上（Itanium、Itanium2 ……)引入了x86-to-IA-64的解码器，这样就能够把x86指令翻译为IA-64指令。这个解码器并不是最有效率的解码器，也不是运行x86代码的最好途径（最好的途径是直接在x86处理器上运行x86代码），因此Itanium 和Itanium2在运行x86应用程序时候的性能非常糟糕。这也成为X86-64产生的根本原因。
（4）X86-64 （AMD64 / EM64T）
AMD公司设计，可以在同一时间内处理64位的整数运算，并兼容于X86-32架构。其中支持64位逻辑定址，同时提供转换为32位定址选项；但数据操作指令默认为32位和8位，提供转换成64位和16位的选项；支持常规用途寄存器，如果是32位运算操作，就要将结果扩展成完整的64位。这样，指令中有“直接执行”和“转换执行”的区别，其指令字段是8位或32位，可以避免字段过长。
x86-64（也叫AMD64）的产生也并非空穴来风，x86处理器的32bit寻址空间限制在4GB内存，而IA-64的处理器又不能兼容x86。AMD充分考虑顾客的需求，加强x86指令集的功能，使这套指令集可同时支持64位的运算模式，因此AMD把它们的结构称之为x86-64。在技术上AMD在x86-64架构中为了进行64位运算，AMD为其引入了新增了R8-R15通用寄存器作为原有X86处理器寄存器的扩充，但在而在32位环境下并不完全使用到这些寄存器。原来的寄存器诸如EAX、EBX也由32位扩张至64位。在SSE单元中新加入了8个新寄存器以提供对SSE2的支持。寄存器数量的增加将带来性能的提升。与此同时，为了同时支持32和64位代码及寄存器，x86-64架构允许处理器工作在以下两种模式：Long Mode(长模式)和Legacy Mode(遗传模式)，Long模式又分为两***模式(64bit模式和Compatibility mode兼容模式)。该标准已经被引进在AMD服务器处理器中的Opteron处理器。
而今年也推出了支持64位的EM64T技术，再还没被正式命为EM64T之前是IA32E，这是英特尔64位扩展技术的名字,用来区别X86指令集。Intel的EM64T支持64位sub-mode，和AMD的X86-64技术类似，***用64位的线性平面寻址，加入8个新的通用寄存器（GPRs），还增加8个寄存器支持SSE指令。与AMD相类似，Intel的64位技术将兼容IA32和IA32E，只有在运行64位操作系统下的时候，才将会***用IA32E。IA32E将由2个sub-mode组成：64位sub-mode和32位sub-mode，同AMD64一样是向下兼容的。Intel的EM64T将完全兼容AMD的X86-64技术。现在Nocona处理器已经加入了一些64位技术，Intel的Pentium 4E处理器也支持64位技术。
应该说，这两者都是兼容x86指令集的64位微处理器架构，但EM64T与AMD64还是有一些不一样的地方，AMD64处理器中的NX位在Intel的处理器中将没有提供。
11.超流水线与超标量
在解释超流水线与超标量前，先了解流水线(pipeline)。流水线是Intel首次在486芯片中开始使用的。流水线的工作方式就象工业生产上的装配流水线。在CPU中由5—6个不同功能的电路单元组成一条指令处理流水线，然后将一条X86指令分成5—6步后再由这些电路单元分别执行，这样就能实现在一个CPU时钟周期完成一条指令，因此提高CPU的运算速度。经典奔腾每条整数流水线都分为四级流水，即指令预取、译码、执行、写回结果，浮点流水又分为八级流水。
超标量是通过内置多条流水线来同时执行多个处理器，其实质是以空间换取时间。而超流水线是通过细化流水、提高主频，使得在一个机器周期内完成一个甚至多个操作，其实质是以时间换取空间。例如Pentium 4的流水线就长达20级。将流水线设计的步(级)越长，其完成一条指令的速度越快，因此才能适应工作主频更高的CPU。但是流水线过长也带来了一定副作用，很可能会出现主频较高的CPU实际运算速度较低的现象，Intel的奔腾4就出现了这种情况，虽然它的主频可以高达1.4G以上，但其运算性能却远远比不上AMD 1.2G的速龙甚至奔腾III。
12.封装形式
CPU封装是***用特定的材料将CPU芯片或CPU模块固化在其中以防损坏的保护措施，一般必须在封装后CPU才能交付用户使用。CPU的封装方式取决于CPU安装形式和器件集成设计，从大的分类来看通常***用Socket插座进行安装的CPU使用PGA(栅格阵列)方式封装，而***用Slot x槽安装的CPU则全部***用SEC(单边接插盒)的形式封装。现在还有PLGA(Plastic Land Grid Array)、OLGA(Organic Land Grid Array)等封装技术。由于市场竞争日益激烈，目前CPU封装技术的发展方向以节约成本为主。
13、多线程
同时多线程Simultaneous multithreading，简称SMT。SMT可通过***处理器上的结构状态，让同一个处理器上的多个线程同步执行并共享处理器的执行***，可最大限度地实现宽发射、乱序的超标量处理，提高处理器运算部件的利用率，缓和由于数据相关或Cache未命中带来的访问内存延时。当没有多个线程可用时，SMT处理器几乎和传统的宽发射超标量处理器一样。SMT最具吸引力的是只需小规模改变处理器核心的设计，几乎不用增加额外的成本就可以显著地提升效能。多线程技术则可以为高速的运算核心准备更多的待处理数据，减少运算核心的闲置时间。这对于桌面低端系统来说无疑十分具有吸引力。Intel从3.06GHz Pentium 4开始，所有处理器都将支持SMT技术。
14、多核心
多核心，也指单芯片多处理器（Chip multiprocessors，简称CMP）。CMP是由美国斯坦福大学提出的，其思想是将大规模并行处理器中的SMP（对称多处理器）集成到同一芯片内，各个处理器并行执行不同的进程。与CMP比较， SMT处理器结构的灵活性比较突出。但是，当半导体工艺进入0.18微米以后，线延时已经超过了门延迟，要求微处理器的设计通过划分许多规模更小、局部性更好的基本单元结构来进行。相比之下，由于CMP结构已经被划分成多个处理器核来设计，每个核都比较简单，有利于优化设计，因此更有发展前途。目前，IBM 的Power 4芯片和Sun的 MAJC5200芯片都***用了CMP结构。多核处理器可以在处理器内部共享缓存，提高缓存利用率，同时简化多处理器系统设计的复杂度。
2005年下半年，Intel和AMD的新型处理器也将融入CMP结构。新安腾处理器开发代码为Montecito，***用双核心设计，拥有最少18MB片内缓存，***取90nm工艺制造，它的设计绝对称得上是对当今芯片业的挑战。它的每个单独的核心都拥有独立的L1，L2和L3 cache，包含大约10亿支晶体管。
15、SMP
SMP（Symmetric Multi-Processing），对称多处理结构的简称，是指在一个计算机上汇集了一组处理器(多CPU),各CPU之间共享内存子系统以及总线结构。在这种技术的支持下，一个服务器系统可以同时运行多个处理器，并共享内存和其他的主机***。像双至强，也就是我们所说的二路，这是在对称处理器系统中最常见的一种（至强MP可以支持到四路，AMD Opteron可以支持1-8路）。也有少数是16路的。但是一般来讲，SMP结构的机器可扩展性较差，很难做到100个以上多处理器，常规的一般是8个到16个，不过这对于多数的用户来说已经够用了。在高性能服务器和工作站级主板架构中最为常见，像UNIX服务器可支持最多256个CPU的系统。
构建一套SMP系统的必要条件是：支持SMP的硬件包括主板和CPU；支持SMP的系统平台，再就是支持SMP的应用软件。
为了能够使得SMP系统发挥高效的性能，操作系统必须支持SMP系统，如WINNT、LINUX、以及UNIX等等32位操作系统。即能够进行多任务和多线程处理。多任务是指操作系统能够在同一时间让不同的CPU完成不同的任务；多线程是指操作系统能够使得不同的CPU并行的完成同一个任务。
要组建SMP系统，对所选的CPU有很高的要求，首先、CPU内部必须内置APIC（Advanced Programmable Interrupt Controllers）单元。Intel 多处理规范的核心就是高级可编程中断控制器（Advanced Programmable Interrupt Controllers--APICs）的使用；再次，相同的产品型号，同样类型的CPU核心，完全相同的运行频率；最后，尽可能保持相同的产品序列编号，因为两个生产批次的CPU作为双处理器运行的时候，有可能会发生一颗CPU负担过高，而另一颗负担很少的情况，无法发挥最大性能，更糟糕的是可能导致机。
16、NUMA技术
NUMA即非一致访问分布共享存储技术，它是由若干通过高速专用网络连接起来的独立节点构成的系统，各个节点可以是单个的CPU或是SMP系统。在NUMA中，Cache 的一致性有多种解决方案，需要操作系统和特殊软件的支持。图2中是Sequent公司NUMA系统的例子。这里有3个SMP模块用高速专用网络联起来，组成一个节点，每个节点可以有12个CPU。像Sequent的系统最多可以达到64个CPU甚至256个CPU。显然，这是在SMP的基础上，再用NUMA的技术加以扩展，是这两种技术的结合。
17、乱序执行技术
乱序执行（out-of-orderexecution），是指CPU允许将多条指令不按程序规定的顺序分开发送给各相应电路单元处理的技术。这样将根据个电路单元的状态和各指令能否提前执行的具体情况分析后，将能提前执行的指令立即发送给相应电路单元执行，在这期间不按规定顺序执行指令，然后由重新排列单元将各执行单元结果按指令顺序重新排列。***用乱序执行技术的目的是为了使CPU内部电路满负荷运转并相应提高了CPU的运行程序的速度。分枝技术：（branch）指令进行运算时需要等待结果，一般无条件分枝只需要按指令顺序执行，而条件分枝必须根据处理后的结果，再决定是否按原先顺序进行。
18、CPU内部的内存控制器
许多应用程序拥有更为复杂的读取模式（几乎是随机地，特别是当cache hit不可预测的时候），并且没有有效地利用带宽。典型的这类应用程序就是业务处理软件，即使拥有如乱序执行（out of order execution）这样的CPU特性，也会受内存延迟的限制。这样CPU必须得等到运算所需数据被除数装载完成才能执行指令（无论这些数据来自CPU cache还是主内存系统）。当前低段系统的内存延迟大约是120－150ns，而CPU速度则达到了3GHz以上，一次单独的内存请求可能会浪费200－300次CPU循环。即使在缓存命中率（cache hit rate）达到99％的情况下，CPU也可能会花50％的时间来等待内存请求的结束－ 比如因为内存延迟的缘故。
你可以看到Opteron整合的内存控制器，它的延迟，与芯片组支持双通道DDR内存控制器的延迟相比来说，是要低很多的。英特尔也按照***的那样在处理器内部整合内存控制器，这样导致北桥芯片将变得不那么重要。但改变了处理器访问主存的方式，有助于提高带宽、降低内存延时和提升处理器性能。
芯片是什么？
芯片，也叫微芯片，由一小块平坦晶圆上的电子电路构成。晶体管是芯片上的微型开关，可以控制电流的打开和关闭。在晶圆上通过添加和去除材料形成多层互连的格栅结构，从而构成无数的微型电流开关。
晶圆由硅制成，与那些可直接传导电流的金属不同，硅是一种半导体，通常需要在其中掺杂一些元素（如硼B，磷P）才能实现电流的传导，这也为控制电流的开关提供了一种途径。硅是地壳中含量第二丰富的元素，仅次于氧元素，在自然界中通常以二氧化硅的形式存在，也就是我们常见的砂子。晶圆便是由主要物质成分为二氧化硅的硅砂制成，首先将硅砂熔融成大晶柱，叫做硅晶柱，再将其切割成薄片，便成为晶圆。
芯片上的元件是以纳米为单位度量的，1纳米是十亿分之一米。作为比较，人类头发的直径大概为100微米，也就是一万分之一米，而一个病毒的直径大约为14纳米。透过最先进的光刻机，目前最先进芯片上的最小元件可以加工到5纳米以下。芯片上元件的尺寸越小，便能装更多的晶体管，芯片的功能也就越强大。
芯片的进步，使得计算能力和存储空间得到大幅度的提升，也推动了高科技的发展。未来的虚拟现实技术，人工智能技术和深度学习技术都会产生大量的数据，而要处理这些数据，离不开具有超高性能的芯片。
那么，芯片是如何制造出来的呢？
芯片的制造过程大致可分为以下十步：
1.沉积：将材料薄膜沉积在晶圆上，材料可以是导体、半导体和绝缘体
2.光刻胶涂覆：在材料薄膜上涂上一层光敏材料，光刻胶或者光阻，之后再放入光刻机
3.曝光：在光刻机中，光束透过掩模板聚焦在光刻胶上，将掩模板上的图案转移到光刻胶上
4.计算光刻：通过算法优化掩模板，减小其受光刻胶化学变化的影响
5.烘烤和显影：去除多余的光刻胶
6.刻蚀：去除多余的空白部分
7.计量和检验：时刻检测晶圆的数据并反馈给光刻系统
8.离子注入：在去除光刻胶之前注入离子调整部分晶圆的半导体特性
9.重***程：根据所需要的层数重复光刻
10.封装芯片：切割晶圆，形成单个芯片并封装
芯片制造所需要的外部条件有哪些？
不同种类的光刻机和超净间。芯片就像是迷你的摩天大楼，它的结构可达到100多层，层与层之间以纳米精度相互交叠，这种精度也称为“套刻精度”。由于层与层之间的图案不同，便需要不同类型的光刻机来加工。ASML的深紫外线光刻机有几个不同的种类，适用于关键性的小图案和普通型的大图案。无论多小的灰尘，一旦落在晶圆上便会对晶圆造成很严重的损伤。所以芯片的制造需要在干净的环境中进行。世界上多数厂商所使用的超净间为“ISO 1级”，即空气中每立方米颗粒直径在100到200微米之间的颗粒数不超过10个，没有直径大于200微米的颗粒，而相对比之下，干净的医院里每立方米空气中有10000颗粉尘，可见，日常的环境的洁净度远远达不到超净间的标准。超净间中的空气会不断的循环和过滤，工作人员也需要穿着特殊的工作服维持超净间的洁净。
芯片的制造模式有哪些？
芯片的制造模式可分为三类：一类IDMs是设计并加工芯片，另一类Foundries是依据代工合同为其他公司加工芯片，有些公司例如高通、英伟达和超微半导体，只从事芯片的设计而不进行加工，以期节约运营成本。
芯片如何从设计走向量产？
从芯片的设计到量产总共要走过四个阶段，分别是设计阶段、开发阶段、试产阶段和量产阶段。
设计阶段：在此阶段，客户给厂商提供芯片电路，厂商根据客户的实际需求设计和优化掩模板
开发阶段：在确定了掩模板后，厂商需要在少量晶圆和光刻机上试验光刻，确保设计好的掩模板可以
被转移到光刻胶上，这也是此阶段的难点。
试产阶段：开发阶段确定好的加工设置叫做工艺窗口，在试产阶段需要做的便是扩大这个工艺窗口，
因为每加入一台光刻机便会多一个变量，例如光波长、加工精度等，为了能让更多的光刻
机协同工作，需要尝试将工艺窗口扩大，以容纳更多种设置。（可以简单理解为容错性）
量产阶段：在此阶段，厂商需要起到一定的监测作用，确保光刻机能够以最大的优良率不间断的生产
芯片。
电子计算机的硬件由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备五部分组成 。
微型机的运算器、控制器和内存储器是构成主机的核心部件，它们都置于主机箱中。主机以外的其他部件常被统称为计算机的***设备或周边设备。
1．主机
（1）中央处理器。中央处理器，英文缩写CPU（Central Processing Unit)，也称中央处理单元，主要由控制器和运算器组成。对微型机来说，中央处理器做在一个芯片上，称为微处理器。它是计算机的核心。通常CPU的型号决定了整机的型号和基本性能。如CPU是80386的计算机，称为386微机，CPU是80486的计算机，称为486微机。
目前，我们使用的大部分微型机是PC系列机，表5-4-1是近年来CPU的主要技术指标。
CPU型号 主频率(MHz ) 位数
80386 16/33/40 32位
80486 20/……/66……/100 32位
奔腾、奔腾Ⅱ、奔腾Ⅲ 60/90/100/……/450/…… 64位
表5-4-1
表中的主频率(master frequency)指的是中央处理器时钟的频率，也称计算机主频率(computer master frequency)。主频率通常以兆赫兹(MHz)为单位，是衡量计算机速度的重要指标。
早期的CPU是8088和8086，它们是准16位机--在内部运算是16位，和外部交换数据是8位。80286是16位机。386微机有准32位机(386SX)和真32位机(386DX)之分。486也是32位机，但是比386多了一块"协处理器"，因而性能比386有较大提高。"奔腾"(586)是64位机。在同一型号的计算机中，还有时钟频率的区别。时钟频率越高，计算机的运行速度就越快。
（2）内存储器。内存储器(memory/storage unit)也叫主存储器，简称内存，安装在计算机的主板上。 内存储器用来存放计算机当前工作所需的程序和数据。内存的容量直接影响计算机的性能，PC系列机的内存容量已由早期的640KB，发展到16MB、32MB、64MB、128MB，有的甚至超过1GB。
内存储器分为随机存储器（RAM)和只读存储器(ROM)。随机存储器中存储的信息可以由用户进行更改，关闭计算机电源，随机存储器中存储的信息将全部消失。只读存储器中存储的信息是由计算机厂家确定的，用户只能读出，不能更改，断电后信息不会丢失。
（3）总线。总线(bus)是信息传送的公共通路或通道，是连接计算机有关部件的一族公共信号线。总线可以用来传送数据、地址和控制信号，相应地被称为数据总线、地址总线和控制总线，在微型机中它们常被统称为系统总线。
计算机中***用总线结构可以减少信息传送线的条数和提高CPU与外部设备之间的数据传输率。
随着CPU的不断升级和计算机外部设备的日益更新与增多，已经推出了多种不同标准的总线。目前，386以上PC机使用的总线主要有MCA(Micro Channel Architecture即微通道结构)、EISA(Extended Industrial Standards Architecture 即扩展工业标准结构)、VESA(Video Electronic Standards Association即***电子标准协会)、PCI(Peripheral Component Interconnect即外部设备部件互连 )等，其中以PCI最先进。
2．计算机常用的输入输出设备
（1）键盘(keyboard)。计算机键盘上键的排列已有ISO2530和我国国家标准GB2787规定。键盘上的每个键有一个键开关。键开关有机械触点式、电容式、薄膜式等多种，其作用是检测出使用者的击键动作，把机械的位移转换成电信号，输入到计算机中去。
（2）鼠标器(mouse)。鼠标器是一种控制显示器屏幕上光标位置的输入设备。在Windows软件中，使用鼠标器使操作计算机变得非常简单：在桌面上或专用的平板上移动鼠标器，使光标在屏幕上移动，选中屏幕上提示的某项命令或功能，并按一下鼠标器上的按钮就完成了所要进行的操作。鼠标器上有一个、两个或三个按钮，每个按钮的功能在不同的应用环境中有不同的作用。
鼠标器依照所***用的传感技术可分为机械式、光电式和机械光电式三种。
机械式鼠标器底部有一个圆球，通过圆球的滚动带动内部两个圆盘运动，通过编码器将运动的方向和距离信号输入计算机。
光电式鼠标器***用光电传感器，底部不设圆球，而是一个光电元件和光源组成的部件。当它在专用的有明暗相间的小方格的平板上运动时，光电传感器接受到反射的信号，测出移动的方向和距离。
机械光电式鼠标器是上述两种结构的结合。它底部有圆球，但圆球带动的不是机械编码盘而是光学编码盘，从而避免了机械磨损，也不需要专用的平板。
（3）显示器(display)。由监视器(monitor)和显示适配器(display adapter)及有关电路和软件组成的用以显示数据、图形、图像的计算机输出设备。显示器的类型和性能由组成它的监视器、显示适配器和相关软件共同决定。
监视器通常使用分辨率较高的显像管作为显示部件。显象管是将电信号转变为可见图像的电子束管，又称为阴极射线管（CRT）。可分为单色显像管（包括黑色、白色、绿色、橘红色、琥珀色等）和彩色显像管两大类。
上装有偏转线圈。电子枪发射被调制的电子束，经聚焦、偏转后打到荧光屏上显示出发光的图像。彩色显像管有产生红、绿、蓝三种基色的荧光屏和激励荧光屏的三个电子束。只要三基色荧光粉产生的光的分量不同，就可以形成自然界的各种彩色。
监视器的光标定位方法有随机扫描和光栅扫描两种，光栅扫描又分逐行扫描和交错隔行扫描（先扫描奇数行，再扫描偶数行，交错进行）两种。逐行光栅扫描有许多优点，目前已得到广泛应用。
监视器的屏幕对角线有12英寸、14英寸、15英寸、20英寸等不同规格。
组成屏上图像的点称为像素（pixel）。屏上最小可示像素的大小由点距确定。点距越小，显示越清晰。目前，PC机使用的监视器可支持的点距范围是：0.39～0.22mm。
显示器的性能与显示适配器紧密相关。随着PC机的发展，显示适配器出现了多种型号。早期有单色显示适配器(MDA)和彩色图形显示适配器（CGA），后来有HGA、EGA、VGA等，近期以SVGA和AVGA为主流产品。
通常，显示适配器包括像素处理器、显示处理器、半导体读写存储器(简称显存)、只读存储器和接口电路。这些器件被组装成一块电路板，一般称为显示卡。显示卡可直接插在计算机的主板上使用。
计算机执行图形或图像显示时，像素处理器解释计算机送来的命令及参数，在读写存储器内实现画图操作，并做相应的彩色数据处理。由于分辨率高的彩色动态图像的数据量很大，所以对显存的容量要求越来越高，从早期的64KB已经发展到4MB、8MB甚至更多。
除了CRT监视器，还有***用平板显示器件的监视器。平板显示技术主要有液晶显示、等离子体显示和电致发光等三种。便携式（笔记本式）计算机一般***用液晶显示器，即LCD(Liquid Crystal Display)。
此外，大屏幕显示器近年来也得到较快的发展。大屏幕显示器按工作原理可分为投影式、矩阵式和模件式三种。目前投影式大屏幕应用较多。
（4）打印机(printer)。打印机是计算机系统中的一个重要输出设备。它可以把计算机处理的结果（文字或图形）在纸上打印出来。
针式打印机(wire printer)用一组细针，在电路的驱动下击打色带，在纸上留下墨迹。由打印机针头的数量可分为9针打印机和24针打印机。一个西文字符可以由8×9点阵组成，用9针打印机一次就可以打印一行。一个汉字则需要由16×16、24×24或更多的点阵组成。对于一个24×24点阵组成的汉字，用9针打印机需要反复3次才能完成，而使用24针打印机则可以一次打印完毕。点阵式打印机由于***用了击打方式，所以打印中噪音较大。它可以使用多种打印纸(有孔的宽型纸、窄型纸、复印纸或其他的单页纸等)。可以用复写打印纸一次打印多份拷贝，还可以打印蜡纸，用于印刷。 打印的质量与色带的新旧程度有关。
喷墨式打印机(ink-jet printer)是将墨水通过细小的喷嘴喷到纸上，打印质量较点阵式打印机好，噪音也较小。但是，它只能使用质量较好的单页纸，有的更限制为一种规格(一般是A4)的复印纸。喷墨打印机的消耗材料枣墨匣的价格比点阵式打印机的色带价格要高。另外，它不能同时打印多份拷贝，也不能打印蜡纸。
激光打印机(laser printer)的打印质量最好，速度快，噪声低，但价格比前两种高。激光打印机的工作原理是：由激光器发出的激光束经声光调制偏转器按字符点阵的信息调制。在高频超声信号的作用下，声光偏转器衍射出形成字符的调制光束。当频率变化时，激光束的衍射角度随之变化，形成纵向的扇出光束。此扇出光束经高速旋转的多面镜反射，在预先荷电的转印鼓面上扫描曝光。鼓面被激光束照射的部位的电荷消失，形成静电潜象。当鼓面经过带相反电荷的色粉时，由于静电作用吸附上色粉，进行显影。在电场的作用下，色粉由鼓面被转印到纸上。经热挤滚压定影之后，字符便永久性地印在纸上。
此外，还有一些特殊用途的打印机，例如：票据打印机、条码打印机等。
3．外存储器
目前，微型机的外存储器主要有磁盘和光盘。
磁盘分硬盘(Hard Disk或Fixed Disk)和软盘(Floppy Disk或Diskette)两种，它们的工作原理相同，只是硬盘容量较大，一般不更换。
软磁盘盘片是涂有一层磁性物质的圆片，封装在保护套内。目前常用的是3寸盘(圆盘直径3.5英寸),存储容量是 1.44MB。
使用软磁盘应注意：
（1）软磁盘不能受重压，不可弯曲，应注意防尘、防水；
（2）保存磁盘的地方应远离强磁场，远离热源，且温度保持在10℃～50℃，湿度在20%～80%?
（3）将软盘插入驱动器时，应使贴有标签的一面朝上，依盘上箭头指示方向，轻轻插入；
（4）为保护磁盘上的信息，可把写保护口上的塑料块打开。
（5）在软盘或硬盘读写时，相应指示灯点亮，表示驱动器正在高速运转。这时应当避免震动，不能
关断电源，也不能打开软盘驱动器手柄取出软盘，以免划伤盘片和磁头。
光盘(disc)的存储量很大（一般在600MB以上）， 一张光盘有相当于几百至上千片软磁盘的存储容量，且存取速度快，没有磨损，存储的信息不会丢失，可以用来存储需要永久保留的信息，目前已成为微型电子计算机常用的外存介质。目前可擦写的光盘应用尚不普遍，最常见的是只读光盘。
外存储器是一种既可用作输入，也可用作输出的外部设备。
4．其他外部设备
(1)声音卡(sound card)
声音卡是专门处理音频信号的接口电路板卡。它提供了与话筒、喇叭、电子合成器的接口。它的主要功能是将模拟声音信号数字化***样存储，并可将数字化音频转为模拟信号播放。
(2)***卡（video card）
***卡是专门处理***信号的接口电路板卡。它提供了与电视机、摄像机、录像机等***设备的接口。它的主要功能是将输入的***信号送进计算机，记录下来，也可以把CD-ROM或其他媒体上的***信号在显示器上播放出来。
(3)网络卡(network card)
网络卡也叫网络接口卡(NIC：Network Interface Card)。在局域网中的每台计算机的扩展槽中都要安装一块网络卡，以实现计算机之间的互连。
（4）调制解调器(modem)
调制解调器是可将数字信号转换成模拟信号，以适于在模拟信道中传输，又可将被转换的模拟信号还原为数字信号的设备。它将计算机与模拟信道（例如现有的电话线路）相连接，以便异地的计算机之间进行数据交换。
调制解调器分内置式和外置式两类，传输速率有28.8kb/s、33.6kb/s、56kb/s等。
（5）扫描仪(scanner)
扫描仪是一种输入设备，它能将各种图文资料扫描输入到计算机中并转换成数字化图像数据，以便保存和处理。扫描仪分为手持式扫描仪、平板扫描仪和大幅面工程图纸扫描仪三类。主要用于图文排版、图文传真、汉字扫描录入、图文档案管理等方面。
（6）光笔(light pen)
一种与显示器配合使用的输入设备。它的外形像钢笔，上有按钮，以电缆与主机相连（也有***用无线的）。使用者把光笔指向屏幕，就可以在屏幕上作图、改图或进行图形放大、移位等操作。
（7）触摸屏(touch screen)
触摸屏是一种附加在显示器上的***输入设备。借助这种设备，用手指直接触摸屏幕上显示的某个按钮或某个区域，即可达到相应的选择的目的。它为人机交互提供了更简单、更直观的输入方式。触摸屏主要有红外式、电阻式和电容式三种。红外式分辨率低; 电阻式分辨率高，透光性稍差; 电容式分辨率高，透光性好。
（8）绘图机(plotter)
一种图形输出设备，与打印机类似。绘图机分笔式和点阵式两类，常用于各类工程绘图。此外，一些科技新产品，例如数码相机、数码摄像机等也已经列入计算机的外部设备。
1.芯片，又称微电路、微芯片、集成电路(英文:integrated电路，IC).它是指包含集成电路的硅芯片，非常小，往往是计算机或其他电子设备的一部分。芯片是半导体元器件产品的总称。是集成电路(IC，完整的电路)载体，其由晶片分割。硅片是一小片包含集成电路的硅，是计算机或其他电子设备的一部分。2.半导体(半导体)是指室温下电导率介于导体和绝缘体之间的材料。它广泛应用于半导体收音机、电视机和温度测量。例如，二极管是由半导体制成的器件。半导体是指其导电性可以控制的材料，范围从绝缘体到导体。无论从科技还是经济发展的角度来看，半导体的重要性都是巨大的。今天，大多数电子产品的核心单元，如电脑、手机或数码录音机，都与半导体密切相关。常见的半导体材料包括硅、锗、砷化镓等。在各种半导体材料中，硅是商业应用中最有影响力的一种。物质有各种形式，如固体、液体、气体和等离子体。我们通常称导电性差的材料为煤、人造水晶、琥珀、陶瓷等。、绝缘体。具有良好导电性的金属，如金、银、铜、铁、锡和铝，称为导体。导体和绝缘体之间的材料可以简称为半导体。3.集成电路(集成的电路)是一种微型电子器件或元件。通过***用一定的工艺，将电路中所需的元器件和布线，如晶体管、电阻、电容、电感等，相互连接在一起，制作在一个或几个小的半导体晶片或介质基片上，然后封装在一个封装体内，形成具有所需电路功能的微结构；所有元器件在结构上已经集成为一个整体，使电子元器件向小型化、低功耗、智能化、高可靠性迈进了一大步。在电路中用字母“IC”表示。集成电路的发明者有杰克·基尔比(基于锗(Ge)的集成电路)和罗伯特·诺伊斯(基于硅(Si)的集成电路)。现在半导体行业多***用硅基集成电路。
科学家们经研究发现，蛋白质有开关特性，用蛋白质分子作元件制成集成电路，称为生物芯片。使用生物芯片的计算机称为蛋白质电脑，或称为生物电脑。科学家们已经研制出利用蛋白质团来制造的开关装置有：合成蛋白芯片、遗传生成芯片、红血素芯片等。
用蛋白质制造的电脑芯片，在一平方毫米面积上可容纳数亿个电路。因为它的一个存储点只有一个分子大小，所以存储容量可达到普通电脑的10亿倍。蛋白质构成的集成电路大小只相当于硅片集成电路的十万分之一，而且运转速度更快，只有10秒，大大超过人脑的思维速度；生物电脑元件的密度比大脑神经元的密度高100万倍，传递信息速度也比人脑思维速度快100万倍。
生物芯片传递信息时阻抗小，耗能低，且具有生物的特点，具有自我组织自我修复的功能。它可以与人体及人脑结合起来，听从人脑指挥，从人体中吸收营养。把生物电脑植入人的脑内，可以使盲人复明，使人脑的记忆力成千万倍地提高；若是植入血管中，则可以监视人体内的化学变化，使人的体制增强，使残疾人重新站立起来。
美国已研究出可以用于生物电脑的分子电路。它由有机物质的分子组成，由分子导线组成的显微电路，只有现代电脑电路的千分之一大小。
（1）地壳中含量最多的元素为氧元素，其次是硅元素，硅元素是“石”字旁为固态非金属元素；
故答案为：非金属、氧（或O）；
（2）根据反应的化学方程式SiO2+2C
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（3）“三氯硅烷在空气中极易燃烧，燃烧时可观察到有红色火焰和白色烟，生成物为二氧化硅、氯化氢和氯气”，即在点燃条件下，三氯硅烷与氧气反应生成二氧化硅、氯化氢和氯气；故答案为：SiHCl3+O2
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其实蛋白质计算机就是生物电脑或生物计算机。生物电脑就是利用生物分子代替硅，实现更大规模的高度集成。 传统计算机的芯片是用半导体材料制成的，1毫米见方的硅片上最多不能超过25万个。而生物芯片上生物计算机的元件密度比人的神经密度还要高100万倍，传递信息的速度也比人脑的思维速度快100万倍。 生物电脑的另一个显著特点就是存储量极大。单个的细菌细胞，大小只有1微米见方，与一个硅晶体管的尺寸差不多，但是却能成为容纳超过1M字节的DNA存储器。生物芯片快捷而准确，可以直接接受人脑的指挥，成为人脑的外延或扩充部分，它以从人体细胞吸收营养的方式来补充能量。 生物电脑将能用来改善和增强人的记忆力。英国电信研究所所长科克伦甚至感慨道：“想想拥有一个真正快速处理数据和记忆的大脑吧，它不会曲解，不会老化。我们将不会忘掉任何东西，也可以加工一切信息……” 生物电脑最终会促使电脑与人脑的融合。目前最新一代实验计算机正在模拟人类的大脑。英国剑桥大学研究发现了“生物电路”，一些蛋白质的主要功能不是构成生物的某些结构，而是用于传输和处理信息。人们正努力寻找神经原与硅芯片之间的相似处，研制基于神经网络的计算机。尽管目前研制出来的最先进的神经网络拥有的智力还非常有限，但大多数科学家认为，仿生计算机是未来发展之路。国外有科学家预言，到2020年，运算速度更快的生物将取代硅芯片。 生物计算机能够如同人脑那样进行思维、推理，能认识文字、图形，能理解人的语言，因而可以成为人们生活中最好的伙伴，担任各种工作，如可应用于通讯设备、卫星导航、工业控制领域，发挥它重要的作用。美国贝尔实验室生物计算机部的物理学家们正在研制由芯片构成的人造耳朵和人造视网膜，这项技术的成功有望使聋盲人康复。 生物电脑的成熟应用还需要一段时间，但是目前科学家已研制出生物电脑的主要部件———生物芯片。美国明尼苏达州立大学已经研制成世界上第一个“分子电路”，由“分子导线”组成的显微电路只有目前计算机电路的千分之一。 生物电脑 电脑的性能是由元件与元件之间电流启闭的开关速度来决定的。科学家发现，蛋白质有开关特性，用蛋白质分子作元件制成的集成电路，称为生物芯片。使用生物芯片的计算机称为蛋白质电脑，或称为生物电脑。已经研制出利用蛋白质团来制造的开关装置有：合成蛋白芯片、遗传生成芯片、红血素芯片等。 用蛋白质制造的电脑芯片，在1平方毫米面积上可容纳数亿个电路。因为它的一个存储点只有一个分子大小，所以存储容量可达到普通电脑的10亿倍。蛋白质构成的集成电路大小只相当于硅片集成电路的10万分之一，而且运转速度更快，只有10－11秒，大大超过人脑的思维速度；生物电脑元件的密度比大脑神经元的密度高100万倍，传递信息速度也比人脑思维速度快100万倍。 生物芯片传递信息时阻抗小，耗能低，且具有生物的特点，具有自我组织和自我修复的功能。它可以与人体及人脑结合起来，听从人脑指挥，从人体中吸收营养。把生物电脑植入人的脑内，可以使盲人复明，使人脑的记忆力成千上万倍地提高；若是植入血管中，则可以监视人体内的化学变化，使人的体质增强，使残疾人重新站立起来 美国已研究出可以用于生物电脑的分子电路，它由有机物质的分子组成，只有现代电脑电路的千分之一大小。
2002年7月份，曾在几年前宣布摩尔定律刑的这一定律的创始人戈登·摩尔接受了记者的***访。不过，这次他表现得很乐观，他表示：“芯片上晶体管数量每18个月增加二倍的速度虽然目前呈下降趋势，但随着纳米技术的发展，未来摩尔定律依然会继续生效。”看来，摩尔本人也把希望放到了纳米技术上。下面就让我们来看看纳米技术怎样制造纳米芯片。
我们知道目前的计算机芯片是用半导体材料做的。20世纪可以说是半导体的世纪，也可以说是微电子的世纪，微电子技术是指在半导体单晶材料(目前主要是硅单晶)薄片上，利用微米和亚微米精细结构技术，研制由成千上万个晶体管和电子元件构成的微缩电子电路(称为芯片)，并由不同功能的芯片组装成各种微电子仪器、仪表和计算机。芯片可以看做是集成电路块。集成电路块从小规模向大规模发展的历程，可以看做是一个不断向微型化发展的过程。20世纪50年代末发展起来的小规模集成电路，集成度(一个芯片包含的元件数)为10个元件；20世纪60年代发展成中规模集成电路，集成度为1000个元件；20世纪70年代又发展了大规模集成电路，集成度达到10万个元件；20世纪肋年代更发展了特大规模集成电路，集成度超过100万个元件。1988年，美国国际商用机器公司(1BM)已研制成功存储容量达64兆的动态随机存储器，集成电路的条宽只有0.35微米。目前实验室研制的新产品为0.25微米，并向0.1微米进军。到2001年已降到0.1微米，即100纳米。这是电子技术史上的第四次重大突破。今天，芯片的集成度已进一步提高到1000万个元件。集成电路的条宽再缩小，将出现一系列物理效应，从而限制了微电子技术的发展。为了解决这个挑战，已经提出纳米电子学的概念。这一现象说明了：随着集成电路集成度的提高，芯片中条宽越来越小，因此对制作集成电路的单晶硅材料的质量要求越来越高，哪怕是一粒灰尘也可能毁掉一个甚至几个晶体管，这也是为什么摩尔本人几年前宣判摩尔定律“刑”的原因。
据有关专家预测，在21世纪，人类将开发出徽处理芯片与活细胞相结合的电脑。这种电脑的核心元件就是纳米芯片。芯片是电脑的关键器件。生命科学和材料科学的发展，科学家们正在开发生物芯片，包括蛋白质芯片及DNA芯片。
蛋白质芯片，是用蛋白质分子等生物材料，通过特殊的工艺制备成超薄膜组织的积层结构。例如把蛋白质制备成适当浓度的液体，使之在水面展开成单分子层膜，再将其放在石英层上，以同样方法再制备——层有机薄膜，即可得到80～480纳米厚的生物薄膜。这种薄膜由两种有机物薄膜组成。当一种薄膜受紫外光照射时，电阻上升约40％左右，而用可见光照射时，又恢复原状。而另一种薄膜则不受可见光影响，但它受到紫外光照射时，电阻便减少6％左右。据介绍，日本三菱电机公司把两种生物材料组合在一起，制成了可以光控的新型开关器件。这种薄膜为进一步开发生物电子元件奠定了实验基础，并创造了良好的条件。
这种蛋白质芯片，体积小、元件密度高，据测每平方厘米，可达1015～1016个，比硅芯片集成电路高上万倍，表明这种芯片制成的装置其运行速度要比目前的集成电路快得多。由于这种芯片是由蛋白质分子组成的，在一定程度上具有自我修复能力，即成为一部活体机器，因此可以直接与生物体结合，如与大脑、神经系统有机地连接起来，可以扩展脑的延伸。有人设想，将蛋白质芯片植入大脑，将会出现奇迹。如视觉先天缺陷或后天损伤可以得到修复，使之重现光明等。
虽然目前生产与装配上述分子元件还处于探索阶段，而且天然蛋白质等生物材料不能直接成为分子元件，必须在分子水平上进行加工处理，这有很大难度，但前途是光明的。据介绍，日本已制定了开发生物芯片的10年***，******投入100亿日元做各项研究。世界上一些大公司，如日立、夏普等都看好生物芯片的前景，十分重视这项研究工作。
人的大脑约有140亿个神经细胞，掌管着思维、感觉及全身的活动。虽然电脑已面世多年；但其精细程度和人脑相比，仍然差一大截。为了使电脑早日具有人脑的功能和效率，科学家近年致力研究开发人工智能电脑，并已取得不少进展。人工智能电脑是以生物芯片为基础的。生物芯片有多种，血红蛋白集成电路就是新型的生物芯片之一。
美国生物化学家詹姆士·麦克阿瑟，首先构想把生物技术与电子技术结合起来。他根据电脑的二进制工作原理，发现血红蛋白也具有类似“开”和“关”的双稳态特性。当改变血红蛋白携带的电荷时，它会出现上述两种变化，这就有可能利用生物的血红蛋白构成像硅电子电路那样的逻辑电路。麦克阿瑟首先利用生物工程的重组DNA技术，制成了血红蛋白“生物集成电路”，使研制“人造脑袋”取得了突破性进展。此后，生物集成电路的研究便逐步展开。美国科学家在硅晶片上重组活细胞组织获得成功。它具有硅晶片的强度，又有生物分子活细胞那样的灵活和智能。德国科学家所研制成的聚赖氨酸立体生物晶片，在1立方毫米晶片上可含100亿个数据点，运算速度更达到10皮秒(一千亿分之一秒)，比现有的电脑快近100万倍。
DNA芯片又称基因芯片，DNA是人类的生命遗传物质脱氧核糖核酸的简称。因为DNA分子链是以ATGC(A-T、G-C)为配对原则的，它***用一种叫做“在位组合合成化学”和微电子芯片的光刻技术或者用其他方法，将大量特定顺序的稤NA片段，有序地固化在玻璃或者硅片上，从而构成储存有大量生命信息的DNA芯片。DNA芯片，是近年来在高新科技领域出现的具有时代特征的重大技术创新。
每一个DNA就是一个微处理器。DNA计算速度是超高速的，理论上计算，它的运算速度每小时可达1015次数，是硅芯片运算速度的1000倍。而且，DNA的存储量是很大的，每克DNA可以储存上亿个光盘的信息。不过，目前的主要难点是解决DNA的数据输出问题。
DNA芯片有可能将人类的全部约8万个基因集约化地固定在1平方厘米的芯片上。在与待测样品的DNA配对后，DNA芯片即可检测出大量相应的生命信息。例如寻找基因与癌症、传染病、常见病和遗传疾病的关系，进一步研究相应药物。目前已知有6000多种遗传病与基因相关，还有环境对人体的影响，例如花粉过敏和对环境污染的反应等都与基因有关。已知有200多个与环境影响相关的基因，对这些基因的全面监测，对生态、环境控制及人类健康均有重要意义。
DNA芯片技术既是人类基因组研究的重要应用课题，又是功能基因研究的崭新手段。例如单核苷酸的多态性，是非常重要的生命现象，科学家认为，人体的多样性和个性取决于基因的差异，正是这种单核苷酸多态性的表现，如人的体形、长相与500多个基因相关。通过DNA芯片，原则上可以断定人的特征，甚至脸形、长相、外貌特点，生长发育差异等。
“芯片巨人”英特尔公司于2000年12月公布，英特尔公司用最新纳米技术研制成功30纳米晶体管芯片。这一突破将使电脑芯片速度在今后5～10年内提高到2000年的10倍，同时使硅芯片技术向物理极限更近一步。新型芯片的运算速度已达目前运算速度最快芯片的7倍。它能在***飞行30厘米的时间内运算2000万次，或在***飞行25毫米的时间内运算200万次。晶体管门是计算机芯片进行运算的开关，新芯片是以3个原子厚度的晶体管“门”为基础，比目前计算机使用的180纳米晶体管薄很多。要制造这种芯片的障碍是控制它产生的热量。芯片的运行速度越快，产生的热量就越多。过多的热量会使制造计算机芯片所用的材料受到损坏。英特尔公司经过了长期的研究，解决了这一问题。这种原子级晶体管是用新的化学合成物制成的，这种新材料可以使芯片在运行时温度不会过高。这种芯片的出现将为研制模拟以人的方式，可以和人进行交流的电脑创造条件。英特尔公司说，他们开发出的这种迄今世界上最小最快的晶体管，厚度仅为30纳米。这将使英特尔公司可以在未来5～10年内生产出集成有4亿个晶体管、运行速度为每秒10亿次，工作电压在1伏以下的新型芯片。而目前市场上出售的速度最快的芯片“奔腾4代”集成了4200万个晶体管。英特尔公司称，用这种新处理器制造的产品最早将在2005年以后投放市场。
英特尔公司的一位工程师说：“30纳米晶体管的研制成功使我们对硅的物理极限有了新看法。硅也许还可以使用15年，此后会有什么材料取代硅，那是谁也说不准的事。”他又说：“更小的晶体管意味着更快的速度，而运行速度更快的晶体管是构筑高速电脑芯片的核心模块，电脑芯片则是电脑的‘大脑’。”英特尔公司预测，利用30纳米晶体管设计出的电脑芯片可以使“万能翻译器”成为现实。比如说英语的人到中国旅游，就可以通过随身携带的翻译器，将英语实时翻译成中文，在机场、旅馆或商店不会有语言障碍。在安全设施方面，这种芯片可以使警报系统识别人的面孔。此外，将来用几千元人民币就可以买一台高速台式电脑，其运算能力可以跟现在价值上千万元的大型主机媲美。
单位面积上晶体管的个数是电脑芯片集成度的标志，晶体管数量越多，说明集成度越高，而集成度越高，处理速度就越快。30纳米晶体管将开始出现在用0.07微米技术产品上，目前英特尔公司使用的是0.18微米技术，而1993年的“奔腾”处理器使用的是0.35微米技术。在芯片上“刻画”电路，0.07微米技术用的是超紫外线光刻技术，比2001年最先进的深紫外线光刻技术更为先进。如果在纸上画线，深紫外线光刻使用的是钝铅笔，而超紫外线光刻使用的是削尖了的铅笔。
晶体管越来越小的好处主要有两方面：一是可以用较低，的成本提高现有产品性能；二是工程师可以设计原来不可能的新产品。这两个好处正是推动半导体技术发展的动力，因为企业提高了利润，就有可能在研发上投入更多。看来，纳米技术的确可以延长摩尔定律的寿命，这也正是摩尔本人和众多技术人员把目光放到纳米技术之上的原因所在。
