CPU里坏了部分晶体管,还可以使用吗
实际上,CPU里都有坏了晶体管!在设计的时候就考虑过,这被称为工业产品设计的冗余度。
所有行业都要考虑冗余度。比如说大桥的设计桥梁承载是35吨重量,实际上达到40吨桥梁也不会有事。是因为桥梁在设计的时候就考虑了,超出设计标准的部分,在建设行业被称为安全系数。
比如钢索斜拉桥上,一条主钢缆有几万根钢丝。断掉一两根也是不会有事的。
CPU里的缺陷从原料开始就存在!制造CPU的原料是硅晶片,那么硅晶片是怎么来的呢?
我们在小学自然课里做过一个实验,在一个绳子上吊一颗冰糖,放进饱和的糖水里,让它结晶。我们可以把这个冰糖看成种子。
制造CPU的原料,单晶硅也是这样做的!只不过种子硅晶体,是放在融化状态的硅原料里。硅原子会围绕着种子硅晶体周围结晶,结晶好的硅,被一个装置,从熔融状态里拉出来,这个过程会很缓慢!成品就是一个黑色发亮的硅晶棒。这个硅晶棒,经过切割抛光以后,就变成了制造CPU的晶片。这个成品的芯片上,仍然会有细微的缺陷。CPU的制程线度约小,缺陷的影响越大。
接下来进入正式生产阶段,在光刻的过程中又会产生缺陷。
CPU的光刻和照相制版类似,其精度和波长有关,由于光的波长不可能无限的短,所以会产生虚影。而且机器在移动的过程中仍然会产生一定的误差。这些系统性的误差都是不可避免的。
因此,在设计上的时候,所有主要的线路都有备份。
军用芯片为了提高可靠性,都是采用65纳米制程。手机的CPU,主流的是七纳米制程,电脑的CPU,主流的是14纳米和12纳米制成。
CPU芯片越复杂,包含的电路越多,出错的可能性越大。我们以英特尔酷睿i系列为例,它里面封装了几亿个到几十亿个晶体管,成品CPU大多数都有缺陷。
像台积电这样的芯片厂可以看成是一个养鸡场,每一个芯片都是养鸡场的鸡下出来的蛋。这些蛋出来以后还不能马上拿去卖。要送到一个特殊的地方:芯片封装测试厂。
如果芯片封测只是外包装加固的话,那没有什么技术含量。最关键的是,封测要把“鸡蛋”按照品质分级。
最好的“鸡蛋”挑出来,给服务器用。剩下的芯片,按照内部缺陷分级,电路损坏的部分,用刷固件逻辑封闭的方法,封闭了某些功能。
经过分类后的“鸡蛋”,在上面印上不同的型号,缺陷少的卖高价,缺陷多的卖低价!在电脑市场里面挑选散装CPU的时候,会发现那些价格不同的CPU看起来都一模一样!这不是看起来一模一样,实际上那些CPU内部的电路就是完全是一模一样!
所有的同系列芯片,在封装测试前都是同一款芯片。
手机的芯片,单位面积里面的晶体管数量比电脑芯片的晶体管数量要多很多,但是性能却比电脑芯片要差很多。华为麒麟980里面的晶体管数量已经达到69个亿,就是为了防止制造时候的缺陷,很多功能都是冗余备份。
同样在球场上踢球的运动员,手机芯片,只上了5个人在踢球,有20个队员在候补。而电脑里面是11个人在踢球,5个在候补。这也是造成CPU和GPU之间性能差别的重要原因。
这样做的目的,是为了防止制造上的缺陷影响处理器的正常工作。
手机的芯片是因为在工作环境比电脑更恶劣的情况下,为了提高可靠性而降低了设计的复杂程度,同时提高了备份的数量。
所以,我们手机和电脑里的芯片,没有一片是完全没有缺陷的,但是不影响它正常使用!