引入

1、以下五种技术是现代计算机实现所不可或缺的。
（1）集成电路逻辑技术。晶体管密度每年大约增加35%，相当于每4年翻两番。晶片大小的增长速度比较难以预测，也慢一些，增速为每年10%~ 20%。两者综合起来，一个芯片上的晶体管数目每年大约增长40% ~ 55%，或者说每18~24个月翻一番。这种变化趋势就是人们熟悉的摩尔定律。器件的增长速度要慢一些，后面将进行讨论。令人震惊的是，摩尔定律已经不再成立了。单个芯片上的器件数量还在增加，但增速减慢了。与摩尔定律时代不同了，我们预期的数量翻番的时间将随着每一代新技术的发展而拉长。
（2）半导体DRAM(动态随机访问存储器)。这一技术是主存储器的基础。DRAM的增速急剧下降，已经不再像过去那样每3年翻两番。8 Gbit DRAM是在2014年交付的，但16 Gbit DRAM在2019年之前不会交付，而32 Gbit DRAM似乎不会出现了[Kim,2005]。第2章提到了其他几种技术，可以在DRAM碰到容量壁垒时取代它。
（3）半导体闪存（电可擦编程只读存储器）。这种永久性半导体存储器是PMD中的标准存储器件，普及率的迅速提高激发了其容量的快速增加。最近几年，单个闪存芯片的容量每年大约增加50%~ 60%，大约每两年翻一番。当前，每比特的闪存价格大约是DRAM的1/10~1/8。
（4）磁盘技术。在1990年之前，磁盘密度每年大约增加30%，差不多每3年翻一番。之后每年增加60%，1996年的增速为100%。2004年到2011年，增速回落至大约40%，相当于每两年翻一番。近来，磁盘密度的提升速度已经减缓到每年不足5%。提高磁盘容量的一种方法是以相同的面密度增加更多盘片，但是在3.5寸磁盘的一英寸深度中已经有了7个盘片，剩余的空间至多能容下一两个盘片。增加实际密度的最后一点希望是在磁盘读写头中使用一种小型激光装置，将一个30nm的点加热到400℃，从而在其冷却之前以磁方式写入它。尽管Seagate T宣布了在2018年限量生产并交付HAMR(热辅磁记录)，但现在还不清楚能否经济可靠地生产HAMR.HAMR是持续提升硬盘驱动器面密度的最后一个机会，硬盘驱动器现在的每比特价格是闪存的1/10-1/8，是DRAM的1/300-1/200。这一技术是服务器存储和仓库级存储的核心技术。
（5）网络技术。网络性能取决于交换机性能和传输系统的性能。附录F中详述了网络技术发展趋势。

1.4.1 性能趋势：带宽胜过延迟

带宽和吞吐量是指在给定时间内完成的总工作量，比如在进行读写时每秒传输的兆字节数。与之相对，延迟或响应时间是指一个事件从开始到完成所时间，比如一次磁盘访问需要的毫秒数。


　　性能是微处理器和网络的主要区别，所以取得了最大的改进：带宽增加了32000~ 40000倍，延迟性能改进了50~ 90倍。对存储器和磁盘来说，容量通常比性能更重要，所以容量增加得更多，但带宽增加了400 ~ 2400倍，仍然远远高于延迟性能方面8~9倍的改进。
　　显然，在这些技术的发展过程中，带宽的改进速度超过延迟，而且这一趋势很可能会持下去。一个简单的经验法则是：带宽的增加速度至少是延迟改进速度的平方。计算机设计人应当据此制订相应的规划。

1.4.2 集成电路中的功耗和能耗趋势

1、集成电路的制造工艺使用特征尺寸来衡量，所谓特征尺寸就是一个晶体管或者一条连线在x或y轴方向的最小尺寸。现在特征尺寸的单位已经变成了纳米。
2、晶体管性能的提升更加复杂。当特征尺寸缩小时，器件在水平方向的缩小服从平方律，在垂直方向上也会缩小，在垂直方向上缩小时，需要降低工作电压，以保持晶体管的正常工作和可靠性。大致来说，晶体管性能的提高与特征尺寸的减小呈线性关系。
　　当特征尺寸减小时，晶体管性能线性提升，而晶体管数目却呈二次方增加。在微处理器发展的早期，借助晶体管密度的这种快速增长，微处理器迅速从4位发展到8位、16位、32位乃至64位。最近几年，密度的增长已经足以支持在一个芯片上引入多个处理器，支持更宽的SIMD单元、推测执行和缓存中的许多创新。
　　尽管晶体管的性能通常会随着特征尺寸的减小而提升，但集成电路中的连线却不会如此。
　　具体来说，一段连线的信号延迟与其电阻和电容的乘积成正比。当然，当特征尺寸减小时，连线会变短，但单位长度的电阻和电容都会变差。这种关系很复杂，这是因为电阻和电容都依赖于工艺的具体细节、连线的几何形状、连线的负载，甚至与其他结构的邻近程度。偶尔也会有工艺方面的改进，比如铜的引入，这些改进会一次性地缩短连线延迟。
　　一般来说，与晶体管性能相比，连线延迟方面的改进小得可怜，这增大了设计人员面临的挑战。在过去几年里，除了功耗限制之外，连线延迟已经成为大型集成电路的主要设计障碍，而且往往比晶体管开关延迟还要关键。信号在连线上的传播延迟消耗了越来越多的时钟周期，而功耗对时钟周期的影响大于连线延迟。