Là bóng bán dẫn là thành phần điện tử duy nhất trên CPU?

Tôi đã đọc về CPU gần đây và được biết rằng tất cả các khối logic và bộ nhớ trên CPU có thể được tạo ra từ các bóng bán dẫn. Vì vậy, nó là thành phần điện tử duy nhất trên CPU?

Chỉnh sửa (Được thực hiện sau hai câu trả lời đầu tiên): Nhưng Making of CPU chỉ nói về sơ đồ bóng bán dẫn chiếu (Có thể đó là phần chính). Nhưng làm thế nào là các thành phần bổ sung như điốt, tụ điện, vv được thêm vào CPU?

Các khối logic và ký ức có thể được tạo ra từ chỉ các bóng bán dẫn. Câu hỏi quan trọng là: tất cả các mạch trên các khối logic và bộ nhớ của CPU, hay còn gì nữa không?

Câu trả lời là, luôn có một số mạch khác. Dưới đây là một số ví dụ:

• Mạch bảo vệ ESD thường sử dụng điốt và điện trở
• Tụ điện bỏ qua bên trong : thực sự chúng có thể được chế tạo chỉ từ các cổng bán dẫn, nhưng chúng cũng thường được chế tạo trong các lớp kim loại.
• Các khối tương tự như bộ điều chỉnh LDO bên trong, tham chiếu bandgap, bộ so sánh bật nguồn, vv thường được thực hiện tốt nhất với một số điện trở trong số các bóng bán dẫn. Có thể loại bỏ các điện trở và sử dụng 100% bóng bán dẫn trong một số trường hợp này, nhưng nó không nhất thiết là tối ưu.
• Bộ tạo dao động bên trong có thể sử dụng mạch bể chứa cuộn cảm (LC) (mặc dù cuộn cảm quá lớn đến mức không hiệu quả về chi phí đối với CPU mục đích chung hiện đại).
• Vân vân.

Tôi nghĩ rằng bạn phải nhìn nó theo cách khác: CPU được tạo ra với các bước (cấy, in thạch bản, khắc, lắng đọng vật liệu). Nếu bạn thiết kế các bước và lớp theo một cách nhất định, bạn sẽ có một cặp CMOS (MOSFET loại N ở bên trái, MOSFET loại P ở bên phải), hữu ích để tạo bộ biến tần và sau đó bắt đầu toàn bộ logic, để cuối cùng xây dựng tất cả Khối logic CPU.

Nhưng CPU cần các loại thiết bị khác, để tích hợp bộ nhớ hoặc tích hợp bộ nhớ hoặc bất cứ thứ gì. Vì thế, bạn có thể thiết kế các lớp theo một cách khác và lấy điện trở (sử dụng các lớp polysilicon hoặc chất nền pha tạp), bằng cách tạo ra một vật liệu dài dòng:

Đây là mấu chốt của những gì làm cho công nghệ IC phẳng trở thành một ý tưởng đột phá: Từ các bước đơn giản, bạn có thể xây dựng (gần như) bất cứ điều gì.

Phần lớn các thành phần trên CPU là các bóng bán dẫn nhưng các thành phần khác có thể được chế tạo.

Một diode được chế tạo từ một điểm nối PN hoặc một điểm bán dẫn kim loại có mức pha tạp thích hợp trong chất bán dẫn.

Một điện trở có thể được tạo ra từ một dải vật liệu dài (kim loại sở hữu trên một trong các lớp kim loại te, chất bán dẫn có khả năng trên một lớp bán dẫn).

Một tụ điện có thể được tạo thành từ hai vật liệu dẫn điện với một lớp cách điện mỏng ở giữa (tương tự như cổng của một mosfet nhưng lớn hơn).

Vấn đề với điện trở và tụ điện là không có cách nào tốt để tạo ra các giá trị lớn trong một IC. Thường thì một điện trở hoặc tụ điện có thể chiếm cùng một diện tích với nhiều bóng bán dẫn. Nó thường rẻ hơn về diện tích silicon để sử dụng một bóng bán dẫn đặc biệt thay vì điện trở.

Không, cũng có điốt, điện trở, tụ điện và cuộn cảm và có thể những người khác nữa.

Nhưng làm thế nào là các thành phần bổ sung như điốt, tụ điện, vv được thêm vào CPU?

Vâng, bạn có thể làm cho bất kỳ thành phần điện tử chỉ từ silicon .

Silicon có các tính năng thú vị. Silicon pha tạp là một chất bán dẫn , có nghĩa là nó có thể tạo ra điện trở , bởi vì bất kỳ dây dẫn bình thường nào cũng có điện trở. Nó thậm chí có thể được sử dụng như dây, mặc dù không hiệu quả lắm. Trong thực tế, polysilicon sẽ được sử dụng , ví dụ như chip 8087

... bao gồm một khuôn silicon nhỏ xíu, với các vùng silicon được pha tạp tạp chất để cung cấp cho chúng các đặc tính bán dẫn mong muốn. Trên đầu silicon, polysilicon (một loại silicon đặc biệt) hình thành dây và bóng bán dẫn. Cuối cùng, một lớp kim loại trên cùng nối các mạch với nhau

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

Đặt các chất bán dẫn NP lại với nhau tạo ra một diode , bởi vì đó là cấu trúc của điốt. Đặt PNP hoặc NPN lại với nhau làm bóng bán dẫn . Khi kết hợp với oxy, nó trở thành silicon dioxide không còn dẫn điện nữa và có thể được sử dụng để tạo ra khu vực xung quanh dây dẫn và các phần tử dẫn điện.

Các tụ điện cũng rất dễ dàng để tạo ra, chỉ là một chất cách điện (silicon dioxide) là chất điện môi giữa 2 tấm dẫn điện (silicon).

Với các bóng bán dẫn, điện trở và tụ điện, bạn có thể tạo ra một opamp mà sau đó có thể được sử dụng để mô phỏng một cuộn cảm mà không có bất kỳ cuộn dây nào, với diện tích thậm chí tiêu thụ ít hơn so với cuộn dây cảm ứng thực. Thật tuyệt phải không?

Trên đây là một trong những cách để tạo ra một cuộn cảm mô phỏng. Bạn có thể tìm thấy nhiều cách hơn để làm điều đó trong các tài liệu tham khảo dưới đây

• Bộ chuyển đổi trở kháng chung
• Tại sao op-amps thay thế cuộn cảm (L) trong các bộ lọc hoạt động?
• Tạo một cuộn cảm công suất nổi mô phỏng sử dụng Ampe Op tiêu chuẩn
• Điện cảm mô phỏng
• Mô phỏng điện cảm sử dụng opamp, bộ lọc bậc hai, xấp xỉ Butterworth

Tất nhiên nếu bạn cần thêm điện cảm hoặc điện dung, bạn vẫn có thể phải sử dụng một cuộn dây hoặc tụ điện bên ngoài riêng biệt.

Có, bộ xử lý được làm hoàn toàn bằng bóng bán dẫn và dây dẫn.

Nó phụ thuộc vào ý của bạn về "thành phần điện tử" và "CPU". Nếu bạn giới hạn điều đó với các thiết bị bán dẫn và chính đơn vị xử lý thực tế thì có, CPU được tạo ra từ các bóng bán dẫn.

Nếu bạn bao gồm IO, bạn có một số bóng bán dẫn điện áp cao hơn và điốt kẹp, cộng với các tế bào bảo vệ ESD (có thể sử dụng bóng bán dẫn và / hoặc điốt). Nếu bạn cho phép các thành phần thụ động, bạn có dây được làm từ kim loại hoặc polysilicon. Tất nhiên, điốt cũng có thể được tạo ra từ các BJT.

Transitor và dây là thành phần duy nhất trên nhiều mạch tích hợp, bao gồm nhiều chip CPU.

Một số bộ vi xử lý có các thành phần khác trên cùng chip với bộ xử lý.

Nếu bạn bao gồm toàn bộ chip, thì bạn có thể có bất kỳ số thành phần tương tự nào: điốt để đo nhiệt độ, bộ chuyển đổi tương tự sang số, bộ điều chỉnh điện áp LDO, bộ tạo dao động tinh thể, bộ khuếch đại cảm giác cho bộ nhớ và (có lẽ phổ biến nhất) . Chúng sử dụng các thành phần thụ động. Điện trở là phổ biến nhất, và có nhiều loại khác nhau:

• Polysilicon - Điện trở thấp, dung sai ổn, cũng được sử dụng cho dây
• N-well - Sức đề kháng cao, khả năng chịu đựng khủng khiếp và tempco
• Khuếch tán - Loại tầm thường
• Những thứ kỳ lạ như điện trở tempco âm

Tụ điện có xu hướng lớn hơn nhiều so với điện trở. Chúng được tạo ra từ các ngăn bán dẫn oxit kim loại, hoặc poly-oxit-poly. Bạn cũng có thể sử dụng điện dung tiếp giáp PN hoặc điện dung giữa các dây song song trong một lớp kim loại.

Cuộn cảm thường quá lớn để sử dụng trong bất kỳ mạch nào có tần số cao nhất (> 1 GHz). Chúng được làm từ xoắn ốc của kim loại.

Ngoài ra còn có các bóng bán dẫn đặc biệt như loại được sử dụng trong bộ nhớ flash và DRAM. Những người chắc chắn trong một lớp học của riêng họ.

Không có một thành phần nào như "bóng bán dẫn lý tưởng" trong thế giới thực. Một bóng bán dẫn cũng là một điện trở, một tụ điện, một vài điốt, một diode Zener điện áp thấp, v.v ... Tất cả những tác dụng phụ này tham gia vào công việc của CPU, ngay cả khi một số trong số chúng có thể là không mong muốn (yếu tố ký sinh).

Do đó CPU không thể được tạo ra từ "bóng bán dẫn lý tưởng", nhưng bóng bán dẫn trong thế giới thực có thể được thay thế cho các yếu tố cần thiết khác. Tuy nhiên trong một số trường hợp, điều này không tối ưu vì điện trở hoặc tụ điện chuyên dụng đơn giản hơn và hoạt động tốt hơn.