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芯片里数十亿个晶体管,如果其中一个出现损坏,会怎样?

 转七星 2020-09-17

随着半导体技术的不断进步,小小芯片上的晶体管数量也越来越多,比如华为的麒麟990芯片就在113平方毫米(比一元硬币还要小不少)的狭小空间里集成了多达103亿个晶体管。对此有不少朋友都好奇:这里面有一个或者多个晶体管坏了怎么办,是不是芯片就无法正常使用了呢?下面我就给大家来揭晓答案。

首先要看晶体管的损坏类型

第一种情况,如果晶体管是短路了,那么不用说芯片肯定无法正常使用了;第二种情况,如果晶体管是其它故障,那么就需要具体情况具体分析了。

冗余的晶体管损坏完全不影响正常使用

在芯片的设计过程中,工程师已经考虑过极少数晶体管出现问题的情况了,为了解决这一问题,他们会采用冗余设计。简单来说就是对各部分电路(核心、寄存器、缓存等)设计备份的晶体管,这样其中几个晶体管损坏是不会影响功能的正常运行的,不过冗余的晶体管数量占比很少。

非重要位置的晶体管坏了会造成部分功能受损

如果坏掉的晶体管在非主要功能路径上的话,一般来说只会对芯片的部分功能性能造成损失,而整体还是可用的。原因在于芯片有自检程序,发现有问题的电路模块可以进行屏蔽处理(不同芯片的屏蔽颗粒度差别不小),这样就能保证核心功能正常运行不受影响。而且有些芯片的工作是软硬件协同的,这些软件也能在一定程度上规避芯片的硬件错误。

关键功能路径上的晶体管坏了,芯片也就报废了

芯片是一个由很多功能模块组成的复杂集成电路。其中有些模块是其运行所必须的,一旦这块的晶体管损坏的话,芯片也就无法完成自身的工作了,比较典型就像时钟树、控制电路等。需要说明的是,虽然芯片的核心也特别重要,但是由于目前芯片基本都采用了多核设计,即使有核心坏了也可以选择屏蔽,不会导致无法使用,只不过性能会降低。这也是芯片厂商降低整体成本的方法,或许你电脑里的I5处理器就是把残次I7屏蔽核心而来的。

写在最后

对于集成了数十亿甚至上百亿晶体管的芯片来说,有几个晶体管损坏对芯片正常运行的影响很小。而上面提到的关键位置晶体管损坏的情况,一般在芯片出厂时就检测出来了,不会流入市场当中。所以咱们普通用户基本很难遇上芯片报废的情况,话说我家10多年前的台式机还能开机运行,就是有点卡,哈哈。

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