ทรานซิสเตอร์เป็นชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์เพียงตัวเดียวในซีพียูหรือไม่?

ฉันได้อ่านเกี่ยวกับซีพียูเมื่อเร็ว ๆ นี้และรู้ว่าบล็อกตรรกะและหน่วยความจำทั้งหมดใน CPU สามารถทำจากทรานซิสเตอร์ได้ ดังนั้นมันจึงเป็นเพียงส่วนประกอบอิเล็กทรอนิกส์ในซีพียู?

แก้ไข (ทำหลังจากสองคำตอบแรก): แต่การทำ CPU พูดถึงเฉพาะเกี่ยวกับการฉายไดอะแกรมทรานซิสเตอร์ (อาจเป็นส่วนสำคัญ) แต่ส่วนประกอบเพิ่มเติมเช่นไดโอดตัวเก็บประจุและอื่น ๆ จะถูกเพิ่มลงใน CPU อย่างไร

บล็อกเชิงตรรกะและความทรงจำสามารถสร้างได้จากทรานซิสเตอร์เท่านั้น คำถามที่สำคัญคือวงจรทั้งหมดใน CPUs บล็อกและความทรงจำตรรกะหรือมีอะไรอีกหรือไม่

คำตอบคือมีเสมอบางวงจรอื่น ๆ นี่คือตัวอย่างบางส่วน:

• วงจรป้องกัน ESD มักจะใช้ไดโอดและตัวต้านทาน
• ตัวเก็บประจุบายพาสภายใน: ที่จริงแล้วสิ่งเหล่านี้สามารถสร้างได้จากประตูทรานซิสเตอร์เท่านั้น แต่มักจะทำในชั้นโลหะ
• บล็อกแอนะล็อกเช่นตัวควบคุม LDO ภายใน, การอ้างอิงแบนด์วิดท์, ตัวเปรียบเทียบแบบเปิดเครื่องและอื่น ๆ มักจะใช้งานได้ดีที่สุดกับตัวต้านทานบางตัวในทรานซิสเตอร์ อาจเป็นไปได้ที่จะกำจัดตัวต้านทานและใช้ทรานซิสเตอร์ 100% ในบางกรณีเหล่านี้ แต่ก็ไม่ได้เหมาะสมที่สุด
• ออสซิลเลเตอร์ภายในอาจใช้วงจรตัวเหนี่ยวนำ (LC) ของตัวเหนี่ยวนำ (LC) (แม้ว่าตัวเหนี่ยวนำมีขนาดใหญ่จนไม่คุ้มค่ากับซีพียูที่ใช้งานทั่วไปรุ่นใหม่)
• ฯลฯ

ฉันคิดว่าคุณต้องดูอีกทาง: ซีพียูทำด้วยขั้นตอน (การฝัง, การพิมพ์หิน, การแกะสลัก, การทับถมของวัสดุ) หากคุณออกแบบขั้นตอนและเลเยอร์ตามวิธีที่คุณได้รับคู่ CMOS (MOSFET ชนิด N ทางซ้าย, MOSFET ชนิด P ทางด้านขวา), มีประโยชน์สำหรับการสร้างอินเวอร์เตอร์จากนั้นเริ่มต้นสิ่งตรรกะทั้งหมดเพื่อสร้างทั้งหมด บล็อกตรรกะของ CPU

แต่ซีพียูต้องการอุปกรณ์ประเภทอื่นสำหรับ ESD หรือการรวมหน่วยความจำหรืออะไรก็ตาม สำหรับสิ่งนั้นคุณสามารถออกแบบเลเยอร์ในอีกทางหนึ่งและรับตัวต้านทาน (โดยใช้เลเยอร์โพลีซิลิคอนหรือสารตั้งต้นเจือ) โดยการทำวัสดุที่มีความยาว:

นี่คือจุดเริ่มต้นของสิ่งที่ทำให้เทคโนโลยี IC แบบภาพถ่ายเป็นแนวคิดที่ก่อกวน: จากขั้นตอนง่าย ๆ ที่คุณสามารถสร้าง (เกือบ) อะไรก็ได้

ส่วนประกอบส่วนใหญ่ใน CPU เป็นทรานซิสเตอร์ แต่สามารถทำส่วนประกอบอื่น ๆ ได้

ไดโอดนั้นทำมาจากทั้งทางแยก PN หรือทางแยกเซมิคอนดักเตอร์โลหะที่มีระดับการเติมที่เหมาะสมในสารกึ่งตัวนำ

ตัวต้านทานสามารถสร้างได้จากวัสดุที่มีความยาว (โลหะที่เป็นไปได้บนหนึ่งในชั้นของโลหะ

ตัวเก็บประจุสามารถประกอบด้วยวัสดุนำไฟฟ้าสองชนิดที่มีชั้นฉนวนบาง ๆ อยู่ระหว่าง (คล้ายกับประตูของมอสเฟต แต่ใหญ่กว่า)

ปัญหากับตัวต้านทานและตัวเก็บประจุไม่มีวิธีที่ดีในการสร้างค่ามากใน IC บ่อยครั้งที่ตัวต้านทานหรือตัวเก็บประจุสามารถจบการใช้พื้นที่เดียวกันกับทรานซิสเตอร์จำนวนมาก มักจะมีราคาถูกกว่าในแง่ของพื้นที่ซิลิคอนในการใช้ทรานซิสเตอร์พิเศษแทนตัวต้านทาน

ไม่นอกจากนี้ยังมีไดโอดตัวต้านทานตัวเก็บประจุและตัวเหนี่ยวนำและอาจรวมถึงตัวอื่น ๆ ด้วย

แต่ส่วนประกอบเพิ่มเติมเช่นไดโอดตัวเก็บประจุและอื่น ๆ จะถูกเพิ่มลงใน CPU อย่างไร

ดีที่คุณสามารถทำชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์ใด ๆจากเพียงซิลิกอน

ซิลิคอนมีคุณสมบัติที่น่าสนใจ Doped ซิลิคอนเป็นเซมิคอนดักเตอร์ซึ่งหมายความว่ามันสามารถสร้างตัวต้านทานเนื่องจากตัวนำปกติใด ๆ ที่มีความต้านทาน มันสามารถใช้เป็นสายแม้ว่าจะไม่ได้มีประสิทธิภาพมาก ในทางปฏิบัติจะใช้โพลีซิลิคอนเช่นชิป 8087

... ประกอบด้วย die silicon ขนาดเล็กที่มีขอบเขตของซิลิคอนที่เจือด้วยสารเจือปนเพื่อให้ได้คุณสมบัติเซมิคอนดักเตอร์ที่ต้องการ ด้านบนของซิลิกอนโพลีซิลิคอน (ซิลิคอนชนิดพิเศษ) ก่อตัวสายไฟและทรานซิสเตอร์ ในที่สุดชั้นโลหะด้านบนเชื่อมต่อวงจรเข้าด้วยกัน

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

การใส่สารกึ่งตัวนำ NP เข้าด้วยกันทำให้ไดโอดเพราะนั่นคือโครงสร้างของไดโอด วาง PNP หรือ NPN เข้าด้วยกันทำให้ทรานซิสเตอร์ เมื่อรวมกับออกซิเจนจะกลายเป็นซิลิกอนไดออกไซด์ซึ่งไม่สามารถนำมาใช้อีกต่อไปและสามารถใช้ทำพื้นที่รอบสายไฟและองค์ประกอบนำ

ตัวเก็บประจุนั้นง่ายต่อการสร้างเพียงฉนวน (ซิลิกอนไดออกไซด์) เป็นไดอิเล็กตริกระหว่างแผ่นนำไฟฟ้า 2 แผ่น (ซิลิคอน)

ด้วยทรานซิสเตอร์ตัวต้านทานและตัวเก็บประจุคุณสามารถสร้างopampซึ่งสามารถใช้ในการจำลองตัวเหนี่ยวนำโดยไม่มีขดลวดใด ๆ โดยมีพื้นที่ที่น้อยกว่าการใช้ขดลวดเหนี่ยวนำจริง เจ๋งใช่มั้ย

ข้างต้นเป็นวิธีหนึ่งในการสร้างตัวเหนี่ยวนำแบบจำลอง คุณสามารถค้นหาวิธีการเพิ่มเติมในการอ้างอิงด้านล่าง

• ตัวแปลงความต้านทานทั่วไป
• เหตุใด op-amps จึงเปลี่ยน inductors (L) ในฟิลเตอร์ที่ใช้งานอยู่?
• สร้างตัวเหนี่ยวนำพลังงานลอยน้ำจำลองโดยใช้แอมป์สหกรณ์มาตรฐาน
• การเหนี่ยวนำแบบจำลอง
• การจำลองการเหนี่ยวนำโดยใช้ opamps, ฟิลเตอร์ลำดับที่สอง, การประมาณ Butterworth

แน่นอนว่าถ้าคุณต้องการการเหนี่ยวนำหรือความจุเพิ่มเติมคุณอาจต้องใช้ขดลวดภายนอกหรือตัวเก็บประจุแยกต่างหาก

ใช่โปรเซสเซอร์นั้นทำมาจากทรานซิสเตอร์และสายไฟทั้งหมด

ขึ้นอยู่กับความหมายของ "ส่วนประกอบอิเล็กทรอนิกส์" และ "CPU" หากคุณ จำกัด อุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์และหน่วยประมวลผลที่เกิดขึ้นจริงใช่ซีพียูทำจากทรานซิสเตอร์

หากคุณรวม IOs คุณจะมีทรานซิสเตอร์แรงดันสูงและแคลมป์ไดโอดรวมทั้งเซลล์ป้องกัน ESD (ซึ่งสามารถใช้ทรานซิสเตอร์และ / หรือไดโอด) หากคุณอนุญาตให้มีชิ้นส่วนแบบพาสซีฟคุณมีสายที่ทำจากโลหะหรือโพลีซิลิคอน แน่นอนไดโอดสามารถทำจาก BJT เช่นกัน

ทรานซิสเตอร์และสายไฟเป็นส่วนประกอบเฉพาะในวงจรรวมจำนวนมากรวมถึงชิปซีพียูจำนวนมาก

ไมโครโปรเซสเซอร์บางตัวมีส่วนประกอบอื่น ๆ บนชิปตัวเดียวกับโปรเซสเซอร์

หากคุณรวมชิปทั้งตัวคุณอาจมีส่วนประกอบอะนาล็อกไม่ว่าจำนวนใด: ไดโอดสำหรับการวัดอุณหภูมิแบบอะนาล็อกเป็นดิจิตอลคอนเวอร์เตอร์, LDO โวลเตจควบคุม, ออสซิลเลเตอร์คริสตัล, แอมพลิฟายเออร์สำหรับหน่วยความจำ . เหล่านี้ใช้ส่วนประกอบแฝง ตัวต้านทานเป็นสิ่งที่พบได้บ่อยและมีหลายประเภท:

• โพลีซิลิคอน - ความต้านทานต่ำทนโอเคใช้สำหรับสายไฟ
• N-well - ความต้านทานสูง, ความอดทนสูงและเทมโก้
• การแพร่กระจาย - ปานกลางปานกลาง
• สิ่งแปลกประหลาดเช่นตัวต้านทานเทมโก้แบบลบ

ตัวเก็บประจุมีแนวโน้มที่จะมีขนาดใหญ่กว่าตัวต้านทาน พวกเขาทำจากกองโลหะ - ออกไซด์ - เซมิคอนดักเตอร์หรือโพลี - ออกไซด์ - โพลี คุณยังสามารถใช้ความจุแยกจังค์ชันหรือความจุระหว่างสายไฟแบบขนานในชั้นโลหะ

โดยทั่วไปแล้วตัวเหนี่ยวนำมีขนาดใหญ่เกินไปที่จะใช้ในวงจรใด ๆ ยกเว้นความถี่สูงสุด (> 1 GHz) พวกเขาทำจากเกลียวโลหะ

นอกจากนี้ยังมีทรานซิสเตอร์พิเศษพิเศษเช่นชนิดที่ใช้ในหน่วยความจำแฟลชและ DRAM เหล่านี้อยู่ในชั้นเรียนของตนเองอย่างแน่นอน

ไม่มีองค์ประกอบเช่น "ทรานซิสเตอร์ในอุดมคติ" ในโลกแห่งความเป็นจริง ทรานซิสเตอร์ยังเป็นตัวต้านทานตัวเก็บประจุไดโอดสองตัวไดโอดแรงดันต่ำซีเนอร์แรงดันต่ำ ฯลฯ ผลข้างเคียงเหล่านี้ทั้งหมดมีส่วนร่วมในการทำงานของ CPU แม้ว่าบางคนอาจไม่ต้องการ (องค์ประกอบกาฝาก)

ดังนั้นซีพียูจึงไม่สามารถทำจาก "ทรานซิสเตอร์ในอุดมคติ" ได้ แต่ทรานซิสเตอร์แห่งความเป็นจริงสามารถใช้ทดแทนองค์ประกอบที่จำเป็นอื่น ๆ ได้ อย่างไรก็ตามในบางกรณีการทำเช่นนี้ไม่เหมาะสมเนื่องจากตัวต้านทานหรือตัวเก็บประจุเฉพาะนั้นง่ายกว่าและทำงานได้ดีกว่า