Ist der Transistor die einzige elektronische Komponente in einer CPU?

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Ich habe kürzlich über CPUs gelesen und festgestellt, dass alle logischen Blöcke und Speicher auf der CPU aus Transistoren bestehen können. Ist es die einzige elektronische Komponente auf der CPU?

Bearbeiten (Nach den ersten beiden Antworten erstellt): Beim Erstellen einer CPU geht es jedoch nur um das Projizieren von Transistordiagrammen (möglicherweise ist dies der Hauptteil). Aber wie werden der CPU zusätzliche Komponenten wie Dioden, Kondensatoren usw. hinzugefügt?

— Darth Pingu
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Ihre bevorzugte Antwort ist die früheste, aber nicht die mit den meisten Stimmen oder den meisten Informationen. Es könnte schön sein, es zu ändern.

— pjc50

Einige Arten von Transistoren (MOSFETs) sind von Natur aus Kondensatoren und Dioden.

— Nick T

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Wenn du eine neue Frage hast,

— stell

@PlasmaHH Als ich die Bearbeitung entfernte und eine andere Frage stellte, kamen auch Antworten zur Bearbeitung. Also musste ich es dort lassen.

— Darth Pingu

CPUs bestehen nicht aus Bauteilen, sondern aus Mustern aus Metall und Silizium.

— user253751

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Die logischen Blöcke und Speicher können nur aus Transistoren bestehen. Die wichtige Frage ist: Sind alle Schaltkreise der CPUs logische Blöcke und Speicher, oder gibt es sonst noch etwas?

Die Antwort ist, es gibt immer einige andere Schaltkreise. Hier sind einige Beispiele:

ESD-Schutzschaltungen verwenden häufig Dioden und Widerstände
Interne Bypass - Kondensatoren : tatsächlich können diese nur von Transistorgates gemacht werden, aber sie sind oft auch in den Metallschichten hergestellt.
Analoge Blöcke wie interne LDO-Regler, Bandlückenreferenzen, Power-On-Reset-Komparatoren usw. werden normalerweise am besten mit einigen Widerständen unter den Transistoren implementiert . In einigen Fällen kann es möglich sein, die Widerstände zu beseitigen und 100% Transistoren zu verwenden, dies ist jedoch nicht unbedingt optimal.
Interne Oszillatoren können Induktivitätskondensator-Tankschaltungen (LC) verwenden (obwohl Induktivitäten so groß sind, dass sie bei modernen Allzweck-CPUs nicht kostengünstig sind).
Usw.

— Setzen Sie Monica wieder ein
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Wie oft ist ein "Widerstand" etwas anderes als ein Transistor mit einem wirklich langen Kanal, der in den Widerstandsbereich vorgespannt ist? Und wie oft verwenden Oszillatoren LC-Tank-Schaltkreise, anstatt sich auf eine "parasitäre" (wenn auch auf große) Kapazität in einem Ring mit einer ungeraden Anzahl von Wechselrichtern zu verlassen?

— Supercat

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@supercat - für die Mixed-Signal-ICs, an denen ich arbeite, gibt es viele echte Widerstände und Kondensatoren. Die LC-Tank-Schaltkreise, die ich gesehen habe, wurden alle verwendet, wenn das Phasenrauschen eines Ringoszillators unzureichend ist. Natürlich hat ein Mixed-Signal-IC mehr solche Schaltungen als eine CPU (oder mit anderen Worten: "Ich weiß nicht").

— Setzen Sie Monica

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Interessanterweise verwendete POWER7 Kondensatoren für eingebettete DRAMs und um Spannungsabfälle zu vermeiden.

— Paul A. Clayton

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Diese Antwort ist nett genug, aber ich denke, Sie können sie ein bisschen erweitern. Für den Widerstandsteil implizieren Sie, dass Widerstände mit richtig vorgespannten Mosfets hergestellt werden können, aber es ist nicht viel klar.

— Vladimir Cravero

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@VladimirCravero - Ich hatte nicht vor, meine Antwort zu erweitern, um zu besprechen, wie die Komponenten hergestellt werden. Jedenfalls wäre ein typischer Widerstand, an den ich dachte, ein langer, dünner Streifen aus Polysilicium. Sie können in den meisten Fällen ein korrekt vorgespanntes Mosfet verwenden, aber manchmal ist ein Widerstand besser.

— Setzen Sie Monica

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Ich denke, man muss es anders herum betrachten: CPUs werden mit Schritten hergestellt (Implantation, Lithographie, Ätzen, Abscheidung von Materialien). Wenn Sie die Schritte und Schichten auf eine bestimmte Weise entwerfen, erhalten Sie ein CMOS-Paar (N-Typ-MOSFET links, P-Typ-MOSFET rechts), das nützlich ist, um Inverter herzustellen und dann die gesamte Logik zu starten, um schließlich alle zu erstellen CPU-Logikbausteine.

CPUs benötigen jedoch andere Arten von Geräten, z. B. für ESD oder die Integration von Speicher oder was auch immer. Dazu können Sie die Schichten auf eine andere Weise gestalten und Widerstände erhalten (unter Verwendung der Polysiliziumschichten oder des dotierten Substrats), indem Sie eine lange Linie aus Material herstellen:

Dies ist der Kern dessen, was die planare IC-Technologie zu einer so zerstörerischen Idee gemacht hat: Aus einfachen Schritten kann man (fast) alles bauen.

— rienafairefr
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Die Mehrzahl der Komponenten in einer CPU sind Transistoren, es können jedoch auch andere Komponenten hergestellt werden.

Eine Diode besteht entweder aus einem PN-Übergang oder einem metallischen Halbleiterübergang mit einem geeigneten Dotierungsgrad im Halbleiter.

Ein Widerstand kann aus einem langen Materialstreifen bestehen (möglicherweise Metall auf einer der Metallschichten, möglicherweise Halbleiter auf einer Halbleiterschicht).

Ein Kondensator kann aus zwei leitenden Materialien bestehen, zwischen denen sich eine dünne Isolierschicht befindet (ähnlich dem Gate eines Mosfets, jedoch größer).

Das Problem mit Widerständen und Kondensatoren ist, dass es keine gute Möglichkeit gibt, große Werte in einem IC zu erzielen. Oft nimmt ein Widerstand oder Kondensator dieselbe Fläche ein wie viele Transistoren. In Bezug auf die Siliziumfläche ist es oft günstiger, einen speziellen Transistor anstelle eines Widerstands zu verwenden.

— Peter Green
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Nein, es gibt auch Dioden, Widerstände, Kondensatoren und Induktivitäten und vielleicht auch andere.

— Bart
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Beim Erstellen einer CPU geht es jedoch nur um das Projizieren von Transistordiagrammen. Können Sie weitere Informationen darüber geben, wie diese Komponenten zur CPU hinzugefügt werden?

— Darth Pingu

Vielleicht, weil Transistoren den größten Teil der Schaltung ausmachen. Ich bin kein Spezialist für IC-Fertigung, daher kann ich nicht genau sagen, wie ich antworten soll.

— Bart

Der Fragenbesitzer akzeptierte dies als die beste Antwort.

— user1717828

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Die Person, die eine Frage gestellt hat, ist möglicherweise in der besten Position, um zu beurteilen, welche Antwort für ihr persönliches Interesse am besten geeignet ist, aber sie ist häufig nicht in der besten Position, um zu beurteilen, welche richtig oder informativ ist.

— Chris Stratton

Was hier fehlt, ist, dass die anderen Komponenten zufällig oder parasitär sein können. Oder sie können durch absichtliches Manipulieren solcher Eigenschaften von Transistoren oder entarteten Transistoren oder aus einzigartigeren Strukturen gebildet werden. Natürlich sind Bipolartransistoren in modernen ICs im Vergleich zu FETs mit isoliertem Gate selbst ungewöhnlich.

— Chris Stratton

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Aber wie werden der CPU zusätzliche Komponenten wie Dioden, Kondensatoren usw. hinzugefügt?

Nun können Sie machen alle elektronischen Komponenten aus nur Silizium .

Silizium hat interessante Eigenschaften. Dotiertes Silizium ist ein Halbleiter , das heißt, es kann Widerstände herstellen , da jeder normale Leiter einen Widerstand hat. Es kann sogar als Draht verwendet werden, obwohl es nicht sehr effizient ist. In der Praxis wird Polysilizium verwendet , beispielsweise die 8087-Chips

... besteht aus einem winzigen Siliziumchip, in dem Bereiche des Siliziums mit Verunreinigungen dotiert sind, um ihnen die gewünschten Halbleitereigenschaften zu verleihen. Auf dem Silizium bildete Polysilizium (eine spezielle Art von Silizium) Drähte und Transistoren. Schließlich verdrahtete eine Metallschicht oben die Schaltung miteinander

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

Durch das Zusammenfügen von NP-Halbleitern entsteht eine Diode , denn das ist die Struktur von Dioden. Durch Zusammenfügen von PNP oder NPN entstehen Transistoren . Wenn es sich mit Sauerstoff verbindet, wird es zu Siliziumdioxid, das nicht mehr leitet und zur Herstellung des Bereichs um Drähte und leitende Elemente verwendet werden kann.

Kondensatoren lassen sich auch sehr einfach herstellen, lediglich ein Isolator (Siliziumdioxid) als Dielektrikum zwischen 2 Leiterplatten (Silizium).

Mit Transistoren, Widerständen und Kondensatoren können Sie einen Operationsverstärker erstellen, mit dem Sie einen Induktor ohne Spule simulieren können, der noch weniger Fläche benötigt als eine echte Induktionsspule. Cool, nicht wahr?

Oben sehen Sie eine Möglichkeit, eine simulierte Induktivität zu erstellen. Weitere Möglichkeiten finden Sie in den folgenden Referenzen

Wenn Sie mehr Induktivität oder Kapazität benötigen, müssen Sie möglicherweise trotzdem eine separate externe Spule oder einen Kondensator verwenden.

— phuclv
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Ja, der Prozessor besteht ausschließlich aus Transistoren und Drähten.

Es kommt darauf an, was Sie unter "elektronischer Komponente" und "CPU" verstehen. Wenn Sie dies auf Halbleiterbauelemente und die eigentliche Verarbeitungseinheit beschränken, besteht eine CPU aus Transistoren.

Wenn Sie E / A einbeziehen, verfügen Sie über einige Transistoren und Klemmdioden mit höherer Spannung sowie über ESD-Schutzzellen (für die Transistoren und / oder Dioden verwendet werden können). Wenn Sie passive Bauelemente zulassen, haben Sie Drähte aus Metall oder Polysilizium. Natürlich können auch Dioden aus BJTs hergestellt werden.

Transistoren und Drähte sind die einzigen Komponenten auf vielen integrierten Schaltkreisen, einschließlich vieler CPU-Chips.

Einige Mikroprozessoren haben andere Komponenten auf dem gleichen Chip wie der Prozessor.

Wenn Sie den gesamten Chip einschließen, können Sie eine beliebige Anzahl analoger Komponenten verwenden: Dioden für die Temperaturmessung, Analog-Digital-Wandler, LDO-Spannungsregler, Quarzoszillatoren, Leseverstärker für den Speicher und (möglicherweise am häufigsten) Power-On-Reset-Schaltungen . Diese verwenden passive Komponenten. Widerstände sind die gängigsten und kommen in vielen verschiedenen Ausführungen vor:

Polysilicium - Niedriger Widerstand, gute Toleranz, auch für Drähte geeignet
N-well - Hohe Beständigkeit, schreckliche Toleranz und Tempo
Diffusion - Art mittelmäßig
Seltsames Zeug wie negative Tempo-Widerstände

Kondensatoren sind in der Regel viel größer als Widerstände. Sie bestehen aus Metalloxid-Halbleiter-Stapeln oder Polyoxid-Poly. Sie können auch die PN-Sperrschichtkapazität oder die Kapazität zwischen parallelen Drähten in einer Metallschicht verwenden.

Induktivitäten sind in der Regel zu groß, um sie in anderen Schaltungen als den Schaltkreisen mit der höchsten Frequenz (> 1 GHz) zu verwenden. Sie bestehen aus Metallspiralen.

Es gibt auch spezielle Transistoren, wie sie in Flash-Speichern und DRAMs verwendet werden. Die sind definitiv eine Klasse für sich.

— Adam Haun
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+1. Ich hoffe, dass die kleine Änderung, die ich an dieser Antwort vorgenommen habe, ihre Bedeutung nicht wesentlich ändert.

— Davidcary

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Es gibt keine solche Komponente wie den "idealen Transistor" in der realen Welt. Ein Transistor ist auch ein Widerstand, ein Kondensator, ein paar Dioden, eine Niederspannungs-Zenerdiode usw. Alle diese Nebenwirkungen wirken sich auf die Arbeit der CPU aus, auch wenn einige davon unerwünscht sind (parasitäre Elemente).

Daher könnte die CPU nicht aus "idealen Transistoren" hergestellt werden, sondern die realen Transistoren können durch andere benötigte Elemente ersetzt werden. In einigen Fällen ist dies jedoch nicht optimal, da dedizierte Widerstände oder Kondensatoren einfacher sind und eine bessere Leistung erbringen.

— h22
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