CPU里有几十亿个晶体管,为什么芯片出错

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芯片的诞生背后是一个复杂的“沙里淘金”过程,哪怕是最微小的芯片也要追求极致的工艺精细,而大型芯片(例如CPU)一般含有几十亿个晶体管,这些晶体管只要有一个存在缺陷,那么整块芯片就执行出错,然而事实上芯片出错的情况少之又少,这是如何做到的呢?

这就先要从芯片的材料说起。我们知道芯片是从沙子里提纯硅,而硅片的纯度越高,对芯片的杂质干扰也就越小。

咱们拿一个常见的半导体器件举例,比如大伙家里的老式收音机,里面的三极管就要求99.%以上的高纯硅才符合标准;而大规模集成电路至少需要99.999%以上的高纯硅,如果说六个九和九个九的数值已经够让咱们眼花缭乱,那么接下来这个数字大家可千万要睁大眼睛瞧瞧,类似CPU这样的计算机芯片,至少需要99.9%以上的高纯硅,这次的“九”达到了十一个之多,而人类现如今能制造的最纯硅材料,纯度高达十二个九!

这样庞大的小数点后数字说明什么呢?说明硅片是个纯爷们,本身具有极高的纯度,所以用于CPU生产的一千亿个硅原子中,只允许含有一个其它原子。大家可以理解为一千亿颗绿豆中,只有一颗红豆,在这批绿豆纯爷们的共同作用下,芯片出错的几率才大幅度减少。

当然,光是靠硅片的纯度高还不够,硅片的属性也很重要,讲究一个“纪律”!这是怎么一回事呢?因为用来做芯片的硅,必须“生长”为“单晶硅”,也就是硅原子的晶格(原子在晶体中排列规律的空间格架)排布务必是整齐划一,像多晶硅的晶格排布就完全是杂乱无章,无法用来做芯片,强行做出来只会是bug频出。

单晶硅还有一个优势,那就是里面的杂质分布并不均匀,这就极大减少了杂质对芯片的干扰,保障了芯片的成功率。相反,如果杂质密集,很容易造成芯片漏电流增大、晶格缺陷等疑难杂症,不仅会使芯片的成功率大幅度下滑,严重点还会损伤芯片的新能。

综上所述,芯片不出错的底气,正是来源于原材料的纯正,纵使是几十亿这样的天文数字,对芯片的正常运行而言也不在话下。其实任何产品无外乎都是如此,只有原料质量过硬,才能配合更高的工艺做出更高品质的成品。

那么有的小伙伴可能会好奇,世界上最纯的硅是如何提炼出来的?关于这个问题,属于绝对的技术机密,只有“有关部门”才会知道了。

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