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計算機的效能主要由CPU的哪些指標決定

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計算機的效能主要由CPU的哪些指標決定

1)主頻即CPU的時鐘頻率(CPU Clock Speed)。一般說來,主頻越高,CPU的速度越快。由於內部結構不同,並非所有的時鐘頻率相同的CPU的效能都一樣。

(2)記憶體匯流排速度(Memory-Bus Speed) 指CPU與二級(L2)快取記憶體和記憶體之間(1) CPU的時鐘頻率稱為主頻, 主頻越高, 則計算機工作速度越快; 主機板的頻率稱為外頻; 主頻與外頻的關係為:

(2) 內部快取(cache), 也叫一級快取(L1 cache). 這種儲存器由SRAM製作, 封裝於CPU內部, 存取速度與CPU主頻相同. 內部快取容量越大, 則整機工作速度也越快. 一般容量為KB.

主頻=外頻×倍頻數

(3) 二級快取(L2 cache). 集成於CPU外部的快取記憶體, 存取速度與CPU主頻相同或與主機板頻率相同. 容量一般為KB~MB.

(4) MMX(Multi-Media extension)指令技術. 增加了多媒體擴充套件指令集的CPU, 對多媒體資訊的處理能力可以提高60%左右.

(5) 3D指令技術. 增加了3D擴充套件指令集的CPU, 可大幅度提高對三維圖象的處理速度.

  【拓展閱讀】CPU用矽不用鍺 原因有哪些

CPU就是在一張矽片上,刻幾百萬個晶體二極體。

製成二極體,矽的開啟電壓(死區電壓)需要0.5V,鍺的開啟電壓只需0.1V。也就是鍺CPU只需零點幾的電壓就能執行,比現在的1V低多了,也算CPU的革命吧。

電壓更低,意味發熱量更少,整合度和頻率可以更高。

即便開發鍺CPU有困難,也比腦動大開的 量子CPU, 光子CPU, DNA CPU靠譜吧?

矽用來做CPU,是因為它的優點太多,而缺點都是可克服的。鍺雖然也有優點(比如開啟電壓、載流子遷移率),但它的幾個缺點是很難克服的。

首先是價格。矽直接拿沙子就能制,雖然工藝複雜吧但是原料成本接近0.鍺在地殼中分佈非常分散,成品鍺(還不是半導體級別)的價格就已經超越了白銀,印象中將近2000美元一公斤。

其次很大一個問題就是鍺的氧化物不穩定,不好用。二氧化矽是緻密的絕緣體,力學電學化學性質都很穩定,不溶於水;氧化鍺沒那麼緻密,還是溶於水的。這一條基本就宣告了CPU無望。

還有鍺器件在稍高的溫度下表現不良的問題,以及鍺本身比矽重,又比矽軟,更容易碎;等等。而且現在整個半導體行業都以矽為基礎,沒人會開發鍺的CPU。

目前鍺的前途很大程度上在光電學方面,太陽能電池,光感測器,紅外LED,鍺鐳射器(這個已經被MIT做出來了,但不是大家想象中的鐳射筆那樣子),等等。因為矽做鐳射完全不可能,鍺又能比較容易地在矽上生長出來,因此大家的理想是將用鍺做成的光學器件與矽做成的電子器件整合在一張矽片上。那就牛逼了。

我們組是目前世界上唯一一個用Ge3H8和Ge4H10生長鍺的研究組。目前我們在矽上面長鍺已經能長得很好了,長出來的鍺膜可以用來做襯底生長其他的半導體材料。我手頭正在進行的'一個課題是鍺的in-situ doping, 已經出了兩篇文章,還在繼續努力中。。。

再說一句,近三五年來鍺基半導體方面進展很大,但是不少同行還沒完全瞭解這些進展。如果看以前的書本上講的一些關於生長鍺的侷限,現在很多都已經被攻克了。以前人們說在矽上沒辦法直接長鍺,還有得用高溫,或者需要幾個GeSi的buffer,十年前確實是這樣。但現在我在三百多度的溫度下直接在矽片上生長鍺,出來的膜質量很不錯。

1948年,世界上第一個點接觸電晶體是用鍺做噠~就是這個樣子

在遙遠的上古時代(1950~),那時候積體電路還沒有發明,電晶體的分立器件就已經慢慢由鍺變成了矽。這是為什麼呢?

世界上第一個和第一個商用的雙極結型電晶體都是用鍺做的。摩托羅拉公司當時還是一家車載收音機的製造商。摩托羅拉是當時第一家使用電晶體來製造收音機的廠商。但是好景不長,摩托羅拉收到了大量使用者投訴,說他們發現摩托羅拉的車載收音機在午後的陽光下曝晒一個下午後,就不再工作了。摩托羅拉被搞得焦頭爛額,這從市場層面給了摩托羅拉公司很強的動力用矽替換鍺來製造電晶體。

為啥會這樣呢?因為鍺在受熱之後會變成本徵態,這使得n型半導體和p型半導體都失去了他們特有的性質,那結果呢就是雙極結型電晶體不能再工作了。而矽可以經受更高溫度的考驗。

矽取代鍺其實是歷史的必然,讓我們來看看矽棒棒的性質吧:

有著和鑽石一樣棒的晶體結構,這賦予了矽極好的穩定性和強度

超棒的隊友二氧化矽(SiO2),用簡單的爐式氧化法就可以得到非常高質量的二氧化矽,而且介面態很少(~)。啥是爐式氧化法呢?大概就和烤麵包差不多,類似你把矽片放到一個充滿氧氣的烤箱裡去烤一下。其實很多半導體工藝都能找到生活中的類比物,太陽能電池的製造就和咱們烙煎餅果子差不多,我會亂說?

矽的帶隙更大,具有更好的熱穩定性

矽材料便宜啊,矽都是沙子提煉出來的,想想地球上有多少沙子可以用吧!

還有一點非常重要!鍺CPU 75度以上就不能工作了,那還讓我們怎麼用小米手機煎雞蛋呢,對吧?