題:
晶體管是CPU上唯一的電子組件嗎？
Darth Pingu
2016-02-26 20:54:58 UTC
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最近我一直在閱讀有關CPU的信息，並且知道CPU上的所有邏輯塊和存儲器都可以由晶體管製成。那麼，它是CPU上唯一的電子元件嗎？

編輯（在前兩個答案之後做出）：

但是CPU的製造只涉及投射晶體管圖（可能是主要部分）。但是如何在CPU中添加二極管，電容器等其他組件呢？

您首選的答案是最快的答案，但不是投票最多或信息最多的答案。更改它可能會很好。
某些類型的晶體管（MOSFET）本質上是電容器和二極管。
如果您有新問題，請提出一個新問題，不要編輯原始問題
-1
CPU不是由組件製成的，它們是由金屬和矽的圖案製成的。
七 答案:
Justin
2016-02-26 21:13:01 UTC
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邏輯塊和存儲器只能由晶體管製成。重要的問題是：CPU上的所有電路都是邏輯塊和存儲器，還是還有其他東西？

答案是，總是有 some 個其他電路。以下是一些示例：

  • ESD保護電路通常使用二極管和電阻器
  • 內部旁路電容器：實際上，它們可以僅由晶體管柵極製成，但通常也可以在金屬層中製成。
  • 模擬模塊，例如內部LDO穩壓器，帶隙基準，上電複位比較器，通常最好在晶體管中使用一些電阻來實現。在某些情況下，有可能擺脫電阻而使用100％的晶體管，但這未必是最佳選擇。
  • 內部振盪器可能使用電感電容（LC ）儲能電路（儘管電感器太大，以至於它們在現代通用CPU上都不具有成本效益）。
  • 等。
除了具有非常長的溝道被偏置到電阻區域中的晶體管以外，“電阻”有多少次出現？振盪器多久使用一次LC振盪電路，而不是依靠一個包含奇數個反相器的環內的“寄生”電容（儘管設計得很大）？
@supercat-對於我研究的混合信號IC，有很多真實的電阻器和電容器。當環形振盪器的相位噪聲不足時，我見過的所有LC振盪電路都已使用。當然，混合信號IC將比CPU具有更多這樣的電路（換句話說，“我不知道”）。
有趣的是，POWER7將電容器用於嵌入式DRAM並避免電壓降。
這個答案足夠好，但是我認為您可以擴展一下。對於電阻器部分，您暗示可以用適當偏置的mosfet製成電阻器，但這還不是很清楚。
@VladimirCravero-我並沒有打算擴大我的答案以談論組件的製造方式。無論如何，我想到的典型電阻將是一條細長的多晶矽條。在大多數情況下，可以使用適當偏置的MOSFET，但有時電阻更好。
我知道，這就是我的意思。現在看來，您可以使用電阻器而不是晶體管來製作更好的比較器，或者至少這對我來說就是這樣。
雖然一些片上振盪器（在某些RF芯片上）使用片上電感器，並且許多CPU與一個片上振盪器位於同一芯片上，但如果有意將任何片上電感器設計到芯片中，我會感到非常驚訝與任何CPU相同的芯片。您能舉出一個故意將電感器設計成與CPU放在同一芯片中的示例嗎？
@davidcary-沒錯，將片上電感器放在非常精細的幾何形狀的芯片（如CPU）上幾乎沒有成本效益。這個問題是如此基本，以至於我似乎更多地是關於集成電路的設計而不是CPU。
@VladimirCravero-我想我終於明白了您的意思。我並不是要說模擬模塊可以用0％的晶體管和100％的電阻設計，而在晶體管主導的設計中只是偶爾使用電阻。我的編輯可以清除嗎？
絕對可以。
rienafairefr
2016-02-26 22:24:08 UTC
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我認為您必須換個角度來看：CPU是由步驟（植入，光刻，蝕刻，材料沉積）製成的。如果您以某種方式設計步驟和層，則會得到CMOS耦合（左側為N型MOSFET，右側為P型MOSFET），這對製造反相器非常有用，然後啟動整個邏輯過程，最終構建出所有CPU邏輯塊。

enter image description here

但是，CPU需要其他類型的設備來實現ESD或內存集成等。為此，您可以在其中設計層另一種方法是通過製作長線材料來獲得電阻器（使用多晶矽層或摻雜的襯底）：

enter image description here

此使平面IC技術成為顛覆性想法的關鍵在於：通過簡單的步驟，您可以構建（幾乎）任何東西。

Peter Green
2016-02-27 03:42:47 UTC
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CPU上的大多數組件是晶體管，但也可以製造其他組件。

二極管由PN結或金屬半導體結製成，在半導體中具有適當的摻雜水平。

電阻器可以由一長條材料製成（可能在金屬層之一上是金屬，可能在半導體層上是半導體）。

電容器可以由兩種導電材料組成，中間有一層薄絕緣層（類似於mosfet的柵極，但更大）。

電阻和電容器存在的問題是沒有很好的方法在IC中實現大價值。通常，電阻器或電容器最終會佔用與許多晶體管相同的面積。就矽面積而言，使用特殊的晶體管代替電阻器通常更便宜。

Bart
2016-02-26 20:57:04 UTC
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不，還有二極管，電阻器，電容器和電感器，也許還有其他

但是製作CPU僅涉及投影晶體管圖。您能否提供更多有關如何將這些組件添加到CPU的信息？
可能是因為晶體管構成了電路的主要部分。我不是IC製造專家，因此我無法確切回答。
*問題所有者認為這是最佳答案。*
提出問題的人可能最適合判斷哪個答案最適合他們的個人興趣，但是他們通常最不適合判斷哪個答案最正確或最有幫助。
這裡缺少的是其他組件可能是偶然的或寄生的。或者可以通過有意地操縱晶體管或退化晶體管的這種特性來形成它們，或者由更獨特的結構來形成它們。當然，與絕緣柵FET相比，雙極結型晶體管本身在現代IC中並不常見。
phuclv
2016-02-27 06:05:14 UTC
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但是如何在CPU中添加二極管，電容器等其他組件？

那麼您可以從製造任何電子組件只有矽。

矽具有有趣的功能。摻雜矽是半導體，這意味著它可以製造 電阻 ，因為任何普通導體都具有電阻。儘管效率不是很高，但它甚至可以用作電線。實際上，將使用多晶矽，例如8087芯片

...由一個微小的矽芯片組成，矽區域中摻雜有雜質以賦予它們所需的半導體性能。在矽的頂部，多晶矽（一種特殊類型的矽）形成了導線和晶體管。最後，頂部的金屬層將電路連接在一起

http://www.righto.com/2018/09/two-bits-per-transistor-high-density.html?m = 1

將NP半導體放在一起就構成了 二極管 ，因為這就是二極管的結構。將P-N-P或N-P-N放在一起可製成 晶體管 。當與氧氣結合時，它會變成二氧化矽，它不再導電，可用於製造電線和導電元件周圍的區域。

電容器 也非常容易創建，只需一個絕緣體（二氧化矽）作為兩個導電板（矽）之間的電介質即可。

使用晶體管，電阻器和電容器，您可以製作一個 運算放大器 然後可以用來模擬一個電感器而沒有任何線圈，消耗的面積甚至比實際的感應線圈還要少。太酷了吧？

simulated inductor

以上是創建模擬電感的一種方法。您可以在以下參考文獻中找到更多實現此目的的方法

當然，如果您需要更大的電感或電容，則可能仍必須使用單獨的外部線圈或電容器。

Adam Haun
2016-02-27 04:51:46 UTC
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是的，處理器完全由晶體管和電線組成。

這取決於您所說的“電子組件”和“ CPU”。如果將其限制為半導體器件和實際的處理單元本身，那麼是的，CPU由晶體管組成。

如果包含IO，則將具有一些較高電壓的晶體管和箝位二極管以及ESD保護單元（可以使用晶體管和/或二極管）。如果允許使用無源組件，則可以使用金屬或多晶矽製成的電線。當然，二極管也可以由BJT製成。

晶體管和電線是許多集成電路（包括許多CPU芯片）中唯一的組件。

某些微處理器的其他組件與處理器相同的芯片。

如果包括整個芯片，則可能具有任意數量的模擬組件：用於溫度測量的二極管，模數轉換器，LDO穩壓器，晶體振盪器，存儲器和（可能是最常見的）上電複位電路。這些使用無源組件。電阻是最常見的電阻，有多種類型：

  • 多晶矽-低電阻，可以耐受，也用於導線
  • N阱-高電阻，很差容差和溫度係數
  • 擴散-中等水平的
  • 奇怪的東西，例如負溫度係數電阻器

電容器往往比電阻器大得多。它們由金屬氧化物半導體疊層或多氧化物多晶矽製成。您也可以使用P-N結電容或金屬層中平行線之間的電容。

電感器通常太大，除了最高頻率的電路（> 1 GHz）以​​外，其他任何電感器都無法使用。它們由金屬螺旋製成。

還有一些特別的晶體管，例如用於閃存和DRAM的晶體管。那些絕對是他們自己的一類。

+1。我希望我對此答案所做的細微調整不會明顯改變其含義。
h22
2016-02-29 14:47:47 UTC
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在現實世界中，沒有像“理想晶體管”這樣的組件。晶體管也是電阻，電容器，一對二極管，低壓齊納二極管等。所有這些副作用都參與了CPU的工作，即使其中某些副作用是不必要的（寄生元素）。 p因此，CPU不能由“理想晶體管”製成，但是現實世界中的晶體管可以代替其他所需的元件。但是，在某些情況下，由於專用電阻器或電容器更簡單且性能更好，因此並非最佳選擇。



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