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一个芯片会有六十多亿个二极管吗?

发布时间:2022-08-12 09:30:46

亲,60亿晶体管很多吗?1平方厘米=100平方毫米=1亿平方微米=100万亿平方纳米,如果是5纳米制程,每个晶体管按照100*100纳米的话,这个看起来还没有你的指甲盖大小的平面上就具备100亿个晶体管!

(看起来是不是很熟悉,像不像你家小区里面的一座座房屋啊?道路宽敞,井然有序……)

这些晶体管,通过特定的连接方式,组成功能计算单元,执行物理基础上的逻辑判断功能,也就是各种“门电路”。可以回答:是,否,或!

并将判断结果,通过电流、电压的累加信号,发送给其他模块,实现统计,并得到计算结果。想想看,我们的手机或者电脑,每天要按照您的要求,看大片、玩高清晰度游戏、算收支、处理微信撩妹、参与某多多竞拍等工作,没有强劲的“芯”,怎么应付呢?

当然,如果是7nm,16nm,48nm制程,数字越大,集成的晶体管数量,会呈指数级减少,能够执行的功能就会减少,效率降低。

那么5nm是什么概念呢?作为基质的多晶硅原子,其直径是0.117nm,5纳米制程,也就只有40个硅原子排列的距离,这已经是灰常小的距离了,不可能用镊子去搬运,当然也不能用凿子,能够加工它们的手段,只有波长更小的深紫外激光束,对准基质,烧掉一部分。也就是我们在网络上经常看到的“光刻机”常干的事。

当然,不要指望用激光束按照单线条去慢慢烧,这样子,100亿个,可能要烧到天荒地老,光刻的原理是先制造一个含有大量电路的“反片”(类似于照相底片),然后用激光束照射它,相当于给硅基片来一次或者数次曝光,这样就能在基片上刻出来需要的结构了。

不同的电路,需要不同的“反片”,光刻机涉及到多组反片之间的调换,几十个镜片组成的镜头组,在纳米范围内移动,还要调节激光的强度,实现不同的蚀刻深度,万一功率过大烧穿了,可能整个晶圆上面的几百个芯片,就是废品了。

因此,光刻机对机械操作、环境震动、光污染、气流扰动、尘埃等因素非常敏感,甚至不小心被偷窥一下,就可能让大批初级产品失效。因为观察者的角膜,也可以反射光线呢!

因此,制造顶级的芯片,属于工业技术的顶层,是数十个国家,几百个实验室,几百万人多年劳动的成果。不要怀疑人类的创造力哦!

你的问题里有个概念错误,芯片里最底层的构成是晶体管而不是二极管,这是两个东西。所有的芯片,不管类型是模拟的还是数字的,不管工艺是16nm还是7nm还是其他,来到硅片层级其实都是一个个晶体管构成的,不同的芯片只是各个晶体管的连接不一样。晶体管有很多种类,二极管只是其中的一种。

华为的麒麟980是采用的7nm工艺,内部大概有68亿个晶体管。不同的工艺,在相同的硅片面积上,可以集成的晶体管数量是不一样的,越先进的工艺可以集成的晶体管越多,但是加工难度也会上升很多。比如从16nm演进到7nm,相同功能的芯片,die面积(硅片大小或者硅片成本)减少50%左右,功耗减小30%,这也是为什么芯片厂家会不停的挑战芯片工艺极限。

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