CPU里都有几十亿个晶体管,万一坏掉几个还能用吗?

发布时间:2020年09月26日 阅读:202 次

在拍手问答上的318个问题,只写接地气的科技内容,欢迎关注。CPU,目前人类能够制造的集成度最高的设备,单位按照纳米计数,坏掉几个如果就不能用的话,难免也太鸡肋了对吧?实际上如今芯片的制造技术已经相当成熟,有各种各样的方式来避免生产上的硬件错误以及出现错误之后的解决方案:材料与制

在拍手问答上的318个问题,只写接地气的科技内容,欢迎关注。


CPU,目前人类能够制造的集成度最高的设备,单位按照纳米计数,坏掉几个如果就不能用的话,难免也太鸡肋了对吧?实际上如今芯片的制造技术已经相当成熟,有各种各样的方式来避免生产上的硬件错误以及出现错误之后的解决方案:

材料与制造的严谨

首先说生产设备,一旦涉及集成电路,无论是处理器、存储芯片、相机传感器,都需要使用到“光刻机”这个东西,技术有多先进呢?如今能够掌握光刻机技术的国家除了欧美日韩这些发达国家,只剩下中国(比航天、核能掌握的范围还要小)。世界上顶级的光刻机生厂商只有三家:欧洲的ASML、日本的尼康和佳能,很多人说尼康佳能是买相机赚钱的,一台光刻机价格可以到上亿美元,相机这种东西只是副业(手动狗头)。

其次是生产原料,虽然说未来科技发展的核心材料是石墨烯,但是目前还是以多晶硅为主导,想要将多晶硅材料通过光刻机拼成具有规则逻辑的电路,那就需要确保原材料的纯度,目前人类能够造出来最纯的硅材料是12个9(99.9999999999%),过去我们使用在收音机、电视上的芯片,使用的多晶硅纯度至少是6个9,如今使用在手机、电脑这样的芯片中的硅材料,纯度是11个9。(对比起来所谓999纯金算什么......)

最后是生产环节,为了确保不出错误,首先对于样板的打磨(流片)就要3-5次,每次耗时2-3个月,举个例子就是电影《无双》里面,郭富城和周润发为了做出顶级的假币,光是刻板就花了很长的时间,不断修改,最终才能做出与真币一模一样的母版。其次还有工厂的密封,一粒灰尘都不能有,而且建筑周围不能有震动产生,如果修在公路旁边,一辆车开过去引起的细小震动,都可能使加工出的流片出现问题。

错误之后的解决方案

即便大家想尽一切办法确保制造环节不出错误,但是并不可能做到百分之百的完美,始终还是会有问题出现,会留下瑕疵,比如说虽然硅原料的纯度很高,达到了11个9,也就是百亿个硅原子中会夹杂着1个其它原子,看起来应该根本不用担心了。但是,我们考虑极端情况,万一好死不死,整个母片上就是有那么几个其它原子分布在一个区域里面,那肯定就会出现问题了。出现问题,就需要想办法解决了。

如果是比较小的问题,比如说A组块其中的一部分出现问题失效了,那么控制器会记录下这部分的地址,以后不再给这部分通电,但是不会影响整个组块的使用,这种方案在存储芯片上使用较多,比如一个班有1个人得流感了,但是不可能整个班都不上课了是吧。

如果是比较大的问题,比如说A组块中大部分晶体管都出现了异常问题,那么整个A组块都会被停用,比如一个班有一半人得了流感,那这个班不仅仅是听课,还要全体停课隔离观察。但是这样缺失的A组谁来替代呢?芯片设计上都会留有冗余结构,就是用来顶替这个问题的。


最最极端情况,霉到家了,影响到了整个核心的运作怎么办?那就最简单了,把这个核心关掉不就好了,嗯.......八核心处理器关掉两个不就是六核心处理器么;四核心关掉两个不就是双核心么?坦率的讲,你以为英特尔i7、i5、i3这种级别分类是怎么来的(开个玩笑,哈哈哈)

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Tag:光刻 问题 芯片 纯度 核心
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