为什么半导体器件有最高工作频率?

因为半导体的主要组成单元是PN结，PN结的显著特征是单向导电性，因为PN结的反向截止区是由耗尽层变宽导致截止，而这个过程是需要一定的时间的，如果频率太高导致时间周期小于截止时间就可能造成半导体器件不能正常工作，所以半导体器件有最高工作频率的限制。

理论上讲，CPU的主频是没有上限的。但是现实是，随着CPU的频率增加，其功耗与发热的增加，却不是线性增加的，目前主流产品的频率一般小于4GHz。所以，CPU的频率有极限，但是这个极限，说不好是多少，因为技术在发展。最重要的一点是，现在发展方向，是朝着多核发展，而不是高频发展，所以，频率极限不好确定。

CPU是在半导体硅片上制造的，硅片上的各个元件之间需要导线将其联接起来，在高频状态下，导线越细、越短越好，这样才能减小导线分布电容等杂散干扰以保证CPU运算正确。因此制造工艺的限制，是CPU主频发展的最大障碍之一。

目前的制造工艺，14nm的处理器已经量产，回想整个发展史，在1965年推出的10微米(μm)处理器后， 经历了6微米、3微米、1微米、0.5微米、0.35微米、0.25微米、0.18微米、0.13微米（130纳米）、90纳米、65纳米、45纳米、32纳米、22纳米，一直发展到目前(2015年）最新的14纳米，不过在半导体工艺进入14nm之后，芯片的发展速度有变慢的趋势，不再按照摩尔定律继续发展，据说是资金的投入与产出差的太大。

但是，最主要的是买点就是这个技术依然在不断发展，各种技术手段的发明使得该行业的发展跟上了摩尔定律的步伐。在90纳米时，应变硅发明了；45纳米时，增加每个晶体管电容的分层堆积在硅上的新材料发明了；22纳米时，三栅极晶体管的出现保证了缩小的步伐。那么相应的，CPU的频率是可以提升的，因为工艺的提升，极大的降低了CPU的发热量。拿去年手机界的CPU高通810来说，由于CPU架构与制作工艺不相配，810的发热量使得它“名噪一时”，大部分810产品比较失败，今年820采用了更为先进的14nm工艺，发热量明显下降。

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