CPU裡都有幾十億個晶體管,萬一壞掉幾個還能用嗎?

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其實你用的CPU裡面可能從買來就不是完整的芯片,因為CPU在生產製造過程中會有一定的良品率,也就是說在晶圓製造和切割階段就可能有或多或少的瑕疵,這些瑕疵就是損壞的晶體管,但是這些晶體管損壞不一定影響芯片的正常運作,只要把相關的線路和晶體管切斷整個芯片還是可以正常工作的。

我們平常看到的8核心、6核心乃至4核心CPU本身可能是同一塊晶圓上生產的,但是有些8核CPU可能有兩顆有瑕疵,那麼就可以屏蔽掉壞掉的核心,直接降價當作6核心或4核心CPU來使用。包括CPU上的緩存部分如果有損壞也是可以通過屏蔽來解決的,當然,如果CPU的關鍵部分出現問題那麼就會直接拋棄,無法使用了。

而對於正式出廠的CPU來說,正常使用中一般是很難損壞的,即使有個別的晶體管壞掉也要看是不是亢餘電路的晶體管,或者某些功能部分的晶體管,有的可能影響緩存的性能,有的可能影響內存偵測,但只要不是關鍵位置和功能的晶體管CPU就仍然可以使用。此外,晶體管怕高溫,但是現在的CPU都有高溫保護機制,如果溫度過高會自動切斷電源,但是如果對於短路或者其它原因燒燬的話,這顆CPU肯定就報廢了。


嘟嘟聊數碼


我是電子及工控技術,我來回答這個問題。中央處理器(CPU)確實有成千上億顆的晶體管構成,首先我們可以肯定的是CPU裡面的晶體管(一般都是MOS管)不要說有幾個失效就是有十幾個壞掉也照常運行。我們可以對比一下,如果是電路板上的分離晶體管的話對於民用級設備來說損壞一顆晶體管就會導致電路出現“罷工”現象,對於商用級設備或許還可以勉強工作,那麼對於軍事上所用的設備則是無關緊要了。這就涉及到在設計電路時根據不同的運用級別來採用冗餘技術,這樣可以提高設備的安全穩定性。

我曾經在一個軍事節目上聽一位權威專家說在軍事上使用的雷達,即使雷達設備上的元件被打壞掉三分之一也能正常工作運行,這就是冗餘技術在電路設備上的應用,我想作為比較昂貴的CPU(中央處理器)在設計時也一定會考慮冗餘技術的應用。我認為這是一個方面。

下面我想從CPU製作的工藝上再述說一下為何壞掉幾個晶體管不會影響CPU的使用。我們知道CPU(中央處理器)是一塊巨大規模的集成電路(GLSI),所包含的晶體管元器件數量級數可達十的八次方到十的九次方之間。這麼多的器件集成在半導體(以純淨硅為主)襯底上,在半導體工藝上使用的是光刻、擴散、氧化、外延等製作方法,這些工藝方法可以使集成電路里(CPU)的晶體管、二極管等器件相互隔離,然後再採用金屬互連的方法實現其電性能。同時在製作過程中需要切割芯片,為了提高CPU的合格率有的還設計了預留了電路,因此CPU(中央處理器)中有幾個晶體管雖然壞掉仍然能處於正常工作狀態。

以上就是我對這個問題的看法,歡迎大家參與討論這個話題,敬請關注電子及工控技術。


電子及工控技術


我們知道CPU都是由晶體管組成的,比如麒麟990 5G有103億晶體管,也是首次在手機芯片中塞進去了100億以上的晶體管,而A13才85億晶體管。

一般而言,同樣的製程下,晶體管越多,性能也越強。但是事實上,CPU中的晶體管並不是所有的晶體管都是在工作的。

因為在晶體管中,考慮了冗餘機制,即如果某些晶體管壞掉了,另外的晶體管要能夠頂上來,保證這顆CPU不受影響。

據網上的數據,表示目前在CPU的設計和製造過程中,至少有考慮1-3%的冗餘的,就是為了用來確保萬一某些晶體管壞了,不影響整顆CPU。

當然,一般而言,晶體管並不會壞的,在設計和製造中,就會經過嚴格的測試的,同時由於CPU的工作原理,製造工藝,以及材料等原因,晶體管單獨壞掉的可能性其實很小小的,就算壞了一點點,也沒什麼關係的。

所以說,大家基本上不用擔心晶體管壞了,目前各大廠商主要是在研發軟件,怎麼把晶體管的潛能全部發揮出來,而讓空閒的晶體管越少越好。


互聯網亂侃秀



CPU,目前人類能夠製造的集成度最高的設備,單位按照納米計數,壞掉幾個如果就不能用的話,難免也太雞肋了對吧?實際上如今芯片的製造技術已經相當成熟,有各種各樣的方式來避免生產上的硬件錯誤以及出現錯誤之後的解決方案:

材料與製造的嚴謹

首先說生產設備,一旦涉及集成電路,無論是處理器、存儲芯片、相機傳感器,都需要使用到“光刻機”這個東西,技術有多先進呢?如今能夠掌握光刻機技術的國家除了歐美日韓這些發達國家,只剩下中國(比航天、核能掌握的範圍還要小)。世界上頂級的光刻機生廠商只有三家:歐洲的ASML、日本的尼康和佳能,很多人說尼康佳能是買相機賺錢的,一臺光刻機價格可以到上億美元,相機這種東西只是副業(手動狗頭)。

其次是生產原料,雖然說未來科技發展的核心材料是石墨烯,但是目前還是以多晶硅為主導,想要將多晶硅材料通過光刻機拼成具有規則邏輯的電路,那就需要確保原材料的純度,目前人類能夠造出來最純的硅材料是12個9(99.9999999999%),過去我們使用在收音機、電視上的芯片,使用的多晶硅純度至少是6個9,如今使用在手機、電腦這樣的芯片中的硅材料,純度是11個9。(對比起來所謂999純金算什麼......)

最後是生產環節,為了確保不出錯誤,首先對於樣板的打磨(流片)就要3-5次,每次耗時2-3個月,舉個例子就是電影《無雙》裡面,郭富城和周潤發為了做出頂級的假幣,光是刻板就花了很長的時間,不斷修改,最終才能做出與真幣一模一樣的母版。其次還有工廠的密封,一粒灰塵都不能有,而且建築周圍不能有震動產生,如果修在公路旁邊,一輛車開過去引起的細小震動,都可能使加工出的流片出現問題。

錯誤之後的解決方案

即便大家想盡一切辦法確保製造環節不出錯誤,但是並不可能做到百分之百的完美,始終還是會有問題出現,會留下瑕疵,比如說雖然硅原料的純度很高,達到了11個9,也就是百億個硅原子中會夾雜著1個其它原子,看起來應該根本不用擔心了。但是,我們考慮極端情況,萬一好死不死,整個母片上就是有那麼幾個其它原子分佈在一個區域裡面,那肯定就會出現問題了。

出現問題,就需要想辦法解決了。

如果是比較小的問題,比如說A組塊其中的一部分出現問題失效了,那麼控制器會記錄下這部分的地址,以後不再給這部分通電,但是不會影響整個組塊的使用,這種方案在存儲芯片上使用較多,比如一個班有1個人得流感了,但是不可能整個班都不上課了是吧。

如果是比較大的問題,比如說A組塊中大部分晶體管都出現了異常問題,那麼整個A組塊都會被停用,比如一個班有一半人得了流感,那這個班不僅僅是聽課,還要全體停課隔離觀察。但是這樣缺失的A組誰來替代呢?芯片設計上都會留有冗餘結構,就是用來頂替這個問題的。


最最極端情況,黴到家了,影響到了整個核心的運作怎麼辦?那就最簡單了,把這個核心關掉不就好了,嗯.......八核心處理器關掉兩個不就是六核心處理器麼;四核心關掉兩個不就是雙核心麼?坦率的講,你以為英特爾i7、i5、i3這種級別分類是怎麼來的(開個玩笑,哈哈哈)


PM宋先生


作為一個對耳機有著極高要求的數碼愛好者,當然是選擇等著買最新款的AirPods3。雖然說AirPods2,現在已經發展到了第二代市場價大約在1200-1500元之間,如果去一些其他平臺還可以趕上促銷可以用非常低的價格購入,性價比相對較高。

它最大的變化就是改為了H1芯片在連接、續航上都有明顯的改進,市場銷售情況良好,如果說要推出第三帶我覺得也要再等到明年才會有可能,而且改進的地方也不會很多了,但是對於耳機發燒友來講AirPods 第2代還是不夠完美。

而蘋果悄無聲息的更新了AirPods 2,也就是AirPods3在設計方面沒有太大變化,相反在很大程度上是在底層進行更新。加入了全新的H1芯片,通話時間延長了50%和可選無線充電盒。

目前推測新一代AirPods的研發重點將是「降噪」以及「防水」。外媒的報告表明,下一代AirPods將提供一定程度的降噪。另一個重要的補充應該是防水功能,這是蘋果目前的AirPods所不具備的,這意味著你不必擔心鍛鍊時出汗,甚至不必擔心下雨。同時新增改善電池性能,增強聲學效果甚至“健康監測”功能的可能性。

除了白色外,預計蘋果還將首次發佈其AirPods的新黑色版本。此外,新耳機還可能具有特殊的塗層,可以更好地入耳,另外充電盒改變比較大,採用寬扁設計。新的AirPods3還具有一些很酷的新功能,例如能夠降噪、防水、無線充電來對抗無線耳機市場。並且帶有降噪功能的AirPods 3很有可能會在本月底一同發佈,估計也不用等太久。所以2020年,對於即將要推出的Airpods 3還是頗為期待的。


互聯網深科技


以前修理一些電子產品的時候,偶爾會碰到某個指示燈或者繼電器沒有輸出了,開始以為是燈或者繼電器或者驅動三極管燒了,更換了還是一樣,懷疑是線路斷線或者漏電,把線路劃斷了,重新飛線過去,依然沒有動作,後來測量CPU的對應輸出管腳,居然沒有電壓,而產品其他功能運行找正常,也就是說CPU的其他功能都正常,只是某個管腳壞了,估計是裡邊的驅動三極管壞掉了,請關注:機電貓

CPU雖然複雜,但是裡邊的電路原理並不會特別

普通電路里邊有什麼元件,不外是電阻,電容,電感,還有二極管,三極管等晶體管。這些電路最早是使用模擬形式的,主要是處理連續變化的模擬量的電路,它把模擬量信號進行放大(縮小),對信號進行一定的運算處理,還有震盪和反饋,調製電路,濾波,解調電路等等。應該說,早期的電路都是模擬電路,特別只有電阻,電容和電感的年代。

晶體管技術發展後,另外一種電路專門用來處理數字信號的,就是數字電路,它主要是研究輸入輸出邏輯關係的,它分為時序邏輯和組合邏輯兩種,是一種量化的電路。因為任何一個模擬量都可以經過量化來處理,而量化後的數據更容易處理,而且傳輸非常穩定,邏輯可以做得非常複雜,所以數字電路飛快發展,逐步把很多邏輯功能集成到一個芯片裡邊,芯片集成的晶體管越來越多,出現了各種觸發器,邏輯門電路,移位寄存器等,最終就出來微處理器這樣一個東西,也就是我們常說的CPU了,它是可以通過軟件的方式來修改數字邏輯的,但是硬件的基礎,還是很多數字電路組合體,而且今天的CPU還帶D/A和A/D接口之類的,也就是說裡邊包含了一些模擬相關電路。

可以設想一下,傳統的電路上,如果某個電阻老化了,或者某個三極管壞了,電路一定是會出現一定的問題的,這個問題影響大小,和這個出問題的元件的重要性有很大關係了。比如只是放大回路上的一個電阻阻值變大了,就會影響模擬量輸出的精確度。但是如果是一個電路里邊的三極管放大倍數變化了,因為電路里邊設計有負反饋之類的,可能會被校準過來。也就是說,這些元件只是性能不良,參數發生了一定的變化,可以利用電路原理來讓整體電路功能工作正常。無論如何,如果一個通道上的一個電阻被燒短路了,傳統的電路都會無法正常工作下去的,除非有元件能夠更換掉它。

但是在一個電路里邊,如果設計一個備用的元件,是有點不太現實的,一方面是電路的體積要求比較小,另外對成本要求控制比較嚴格,而且多個元件還可能會帶來多個不可靠,切換起來還要加電路,所以似乎沒有什麼人真正在傳統的電路里邊通過雙元件來保證一塊電路板的可靠性,也就是說電路系統裡邊,幾乎不會使用所謂的元件冗餘技術來切換掉壞的元件。

既然CPU裡邊的電路和普通肉眼能看到的電路本質是一樣的東西,所以如果CPU裡邊某個晶體管壞了,碰巧用上這個晶體管,在一些關鍵的部位上,比如管腳上,肯定是會造成這個管腳的功能失效的。因為這個管腳一旦失效,除非CPU設計了一套能檢測到管腳失效的電路來,否則它本身是不會知道這個管腳工作是否正常的,CPU功能這些多,不可能對每個晶體管都去做所謂的“閉環反饋”檢查,如果裡邊某個晶體管失效,它不大可能可以自我判斷和切換的,自我修復可以說是天方夜譚,好比一個人的大腦壞了一個神經元,大腦本身不可能去自我修復的。

CPU生產工藝和傳統電路有巨大的差別。

傳統的電路板,是先在一塊覆銅板上腐蝕(或者其他方法)出來一定的電路圖,也就是電路線路,然後在不同的位置上,根據電路圖焊接上不同的電子元件。這種做法對焊接工藝的要求比較高,稍微不慎就可能會虛焊,接觸不良就會產生大問題。

而且傳統的電子元件,往往是使用一些粗糙電的加工和封裝工藝,電子元件參次不齊,不同廠家對質量控制不一樣,市場上的元件魚龍混雜,最後組裝起來很難保證一致性。所以要通過測試,老化等方式來淘汰一些潛在的問題元件,即使這樣,元件出問題的概率還是比較高的。

而CPU,是在一塊晶圓上,通過光的方法來腐蝕雕刻出來不同的電子元件,同時加工出來對應的電路。這種晶圓的純度非常高,材料上比普通電子元件要強很多倍。而是一塊東西上加工出來的,一致性非常強,不會存在上邊說的不同廠家元件不一樣問題,也不會有什麼虛焊問題。

從這個角度來看,CPU生產嚴格依賴於先進的機器設備,同時材料比較特殊,一次性把電路和元件生產出來,這個和傳統電路的做法完全是不一樣的。因此CPU裡邊的晶體管雖然高達幾十億個,故障率反而比傳統的電路板要低非常多。

當然,也不是說CPU就不會有問題了,如果代工廠的水平不行,生產出來的產品一致性差,這種CPU是不可能賣得掉的。

至於裡邊可能會有某個晶體管壞了,那往往是在外部原因造成的,比如溫度或者電壓高於某個值引起的,這種情況CPU也無法修復,這是沒有任何維修價值的東西。幾十億的晶體管,也許會有一些出現性能不良,但是依然可以通過電路反饋的原理來補償,但是如果某個晶體管徹底壞掉了,這個CPU就完全報廢了。


機電貓


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第一,出廠之前廠商會做一個檢查,檢查OK之後才會打包裝出售的;

第二,CPU關鍵部分會做冗餘設計,會有替代的部分;

第三,CPU有會有屏蔽的能力

第四,CPU真的很難壞


出廠前有測試

CPU為代表的半導體工藝真的是人類的工藝品的巔峰了,其精細程度前所未有。作為納米級別的工業品,如果它損壞之後也沒有辦法可以彌補修改了。所以為了保證CPU能夠正常,出廠之前都會有測試的。

冗餘設計

在關鍵部分上,CPU擁有更多的設計,這個設計本身就是給出錯之後使用的。芯片會記錄出錯的單元,並且進行屏蔽。然後由代替的部分進行工作,保證CPU能夠運行的。

屏蔽設計

有時候我們會驚訝,為什麼有的CPU是6核,有一些是8核,但是他們的體積是一樣的大小。實際上,有一些i5芯片是從i7變過來的,他們可能從同一塊晶片上切下來,但是因為這一款芯片的體質不好,所以就屏蔽兩個核心,然後變成了i5.

CPU真的很難壞

CPU雖然很精細,但是真的很耐用的啊。這是作為人類工業品巔峰的自尊之一,很多消費級的CPU不是因為懷了而被放棄,而是因為性能跟不上了而被閒置的。

除非你人為的暴力使用CPU,那就有可能會壞掉。

當然,如果CPU的生命真的到了盡頭了,那就會不斷的報錯,這個在工業級會比較常見一點。當然,工業級的會有檢測機制,差不多的時候就會換了。


太平洋電腦網


芯片的發展有個摩爾定律,就是說在價格不變的情況下,每18-24個月,芯片的晶體管數量翻一番,性能提升一倍。那麼晶體管這麼多,幾億幾十億個,壞了幾個咋辦?

首先,晶體管是硅做的,硅的穩定性非常好,壞的幾率很小;第一支晶體管是鈉,穩定性非常差。

其次,芯片的製造工藝非常之高,尤其是製造芯片的車間,是完全無塵,規格完全是行業最高水準。

再然後,這些工程師都會考慮,會在芯片裡添加備用電路,在驗證芯片的時候,就會去測試。

其實,多個晶體管的壞掉,會導致整個芯片的廢掉,主要還是生產工藝的原因。一般芯片的良率達到95%以上,就已經非常不錯了。


kaishui愛上山


CPU雖然複雜,但是裡邊的電路原理並不會特別,可以設想一下,傳統的電路上,如果某個電阻老化了,或者某個三極管壞了,電路一定是會出現一定的問題的,這個問題影響大小,和這個出問題的元件的重要性有很大關係了。

如果裡邊某個晶體管失效,也就是說這些元件性能不良,參數發生了一定的變化,可以利用電路原理來讓整體電路功能工作正常。無論如何,如果一個通道上的一個電阻被燒短路了,傳統的電路都會無法正常工作下去的,除非有元件能夠更換掉它。

既然CPU裡邊的電路和普通肉眼能看到的電路本質是一樣的東西,所以如果CPU裡邊某個晶體管壞了,碰巧用上這個晶體管,在一些關鍵的部位上,比如管腳上,肯定是會造成這個管腳的功能失效的。因為這個管腳一旦失效,除非CPU設計了一套能檢測到管腳失效的電路來,否則它本身是不會知道這個管腳工作是否正常的。

CPU功能很多,不可能對每個晶體管都去做所謂的“閉環反饋”檢查,如果裡邊某個晶體管失效,它不大可能可以自我判斷和切換的,自我修復可以說是天方夜譚,好比一個人的大腦壞了一個神經元,大腦本身不可能去自我修復的。

從這個角度來看,CPU生產嚴格依賴於先進的機器設備,同時材料比較特殊,一次性把電路和元件生產出來,這個和傳統電路的做法完全是不一樣的。因此CPU裡邊的晶體管雖然高達幾十億個,故障率反而比傳統的電路板要低非常多。

至於裡邊可能會有某個晶體管壞了,那往往是在外部原因造成的,比如溫度或者電壓高於某個值引起的,這種情況CPU也無法修復,這是沒有任何維修價值的東西。幾十億的晶體管,也許會有一些出現性能不良,但是依然可以通過電路反饋的原理來補償,但是如果某個晶體管徹底壞掉了,這個CPU就完全報廢了。


歐界科技


CPU的出現,可以說是二戰後人類技術發展的里程碑了,到現在每一款高性能CPU裡至少都有幾十億個晶體管,這是數十年來摩爾定律爆發的結果,那大家有沒有考慮過這麼一個問題,那就是在這麼龐大數量的晶體管集群裡,假如某幾個晶體管壞掉了,那是不是意味著整個CPU都壞掉了呢?



其實,大家大可不必擔心,CPU的耐用度可不是吹的,就算你主板生鏽了它都不會壞掉,如果我們將CPU內部結構放大N倍平鋪開來,就會發現它簡直就像一座超大型城市的地圖,億萬個晶體管有序排列,並且分工明確,不同的區域有不同的職能分工,簡直令人歎為觀止!



如此眾多的晶體管萬一有幾個出故障了咋辦?CPU的工程師又不傻,自然會考慮到這個問題,於是就出現了冗餘設計,即每個CPU裡並不是每顆晶體管都會在工作中用到,在製造之初就會人為地加入一部分看上去沒啥用處的晶體管,尤其是在存儲功能區裡,一旦出現損耗,就會自動切換線路,將後備力量利用起來,從而避免對整體運行造成不良影響。這就像人體裡的億萬個細胞,只要不是生大病,偶爾掛上幾個無傷大雅。



但如果使用區裡晶體管的損耗如果超過一定數額,那勢必會對整體性能帶來損失,相信大家有時候會聽到或“芯片體質”這樣的論述,其實這就關係到CPU製作過程中的良品率問題,一般體質好、損耗較小的芯片會被用來製作高頻或者超頻能力強的CPU,但只要是通過正常途徑流入咱們消費者手中的CPU,除了亂標型號,幾乎不存在劣質假貨或者什麼質量上的問題,畢竟除了英特爾和AMD,也沒有哪一家能將它真正生產出來的廠商。



CPU製造工藝要求非常嚴格,一丁點的灰塵或者細菌都會對最後的成品產生及其嚴重的影響,這些晶體管也並非一個個安裝上去的,而是通過光刻蝕刻手段“造”出來的,整個流程非常複雜,目前能做到7nm水準的也就只要臺積電一家了,這也是我國自主研製CPU所必須要攻克的一大難關。期待國產出現。


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