Recientemente he estado leyendo acerca de las CPU y llegué a saber que todos los bloques lógicos y la memoria de la CPU pueden estar hechos de transistores. Entonces, ¿es el único componente electrónico en la CPU?
Editar (realizado después de las dos primeras respuestas): Pero Making of CPU solo habla de proyectar diagramas de transistores (puede ser que esa es la parte principal). Pero, ¿cómo se agregan a la CPU componentes adicionales como diodos, condensadores, etc.?
Los bloques lógicos y las memorias pueden estar hechos de transistores únicos. La pregunta importante es: ¿todos los circuitos en las CPU son bloques lógicos y memorias, o hay algo más?
La respuesta es, siempre hay algunos otros circuitos. Aquí hay algunos ejemplos:
Creo que hay que verlo al revés: las CPU se hacen con pasos (implantación, litografía, grabado, deposición de materiales). Si diseñas los pasos y las capas de una manera determinada, obtienes un par de CMOS (MOSFET de tipo N a la izquierda, MOSFET de tipo P a la derecha), útil para hacer inversores y luego iniciar toda la lógica, para finalmente construir todo el Bloques lógicos de CPU.
PerolasCPUnecesitanotrostiposdedispositivos,paraESDointegracióndememoriaoloquesea.Paraeso,puedesdiseñarlascapasdeotramanerayobtenerresistencias(usandolascapasdepolisiliciooelsustratodopado),haciendounalargalíneadematerial:
Este es el quid de lo que hizo que la tecnología de CI planar fuera una idea tan disruptiva: desde simples pasos puedes construir (casi) cualquier cosa.
La mayoría de los componentes en una CPU son transistores, pero se pueden hacer otros componentes.
Un diodo está hecho de una unión PN o una unión de semiconductor de metal con un nivel adecuado de dopaje en el semiconductor.
Una resistencia puede estar hecha de una larga tira de material (posiblemente metal en una de las capas metálicas, posiblemente semiconductor en una capa semiconductora).
Un condensador puede estar compuesto por dos materiales conductores con una capa aislante delgada en medio (similar a la puerta de un mosfet pero más grande).
El problema con las resistencias y los condensadores es que no hay una buena manera de hacer grandes valores en un IC. A menudo, una resistencia o un condensador puede terminar ocupando la misma área que muchos transistores. A menudo es más barato en términos de área de silicio usar un transistor especial en lugar de una resistencia.
No, también hay diodos, resistencias, condensadores e inductores y quizás otros también.
¿Pero cómo se agregan a la CPU componentes adicionales como diodos, condensadores, etc.?
Bueno, puedes hacer cualquier componente electrónico desde solo silicon .
El silicio tiene características interesantes. El silicio dopado es un semiconductor , lo que significa que puede hacer resistors , porque cualquier conductor normal tiene una resistencia. Incluso se puede utilizar como alambres, aunque no es muy eficiente. En la práctica se utilizará polysilicon , por ejemplo, los chips 8087
... consiste en una pequeña matriz de silicio, con regiones del silicio dopadas con impurezas para darles las propiedades semiconductoras deseadas. En la parte superior del silicio, el polisilicio (un tipo especial de silicio) formaba cables y transistores. Finalmente, una capa de metal en la parte superior unió los circuitos juntos
Poner los semiconductores N-P juntos hace un diode , porque esa es la estructura de los diodos. Poner P-N-P o N-P-N juntos hace transistors . Cuando se combina con oxígeno, se convierte en dióxido de silicio que ya no conduce y puede usarse para hacer el área alrededor de los cables y la conducción. elementos.
Los capacitors también son muy fáciles de crear, solo un aislante (dióxido de silicio) como dieléctrico entre 2 placas conductoras (silicio).
Con transistores, resistencias y condensadores, puedes hacer un opamp que luego se puede utilizar para simular un inductor sin ningún tipo de bobina, incluso con menos Área consumida que una bobina de inducción real. Genial, ¿no?
Arriba es una de las formas de crear una inductancia simulada. Puede encontrar más formas de hacerlo en las siguientes referencias
Por supuesto, si necesita más inductancia o capacitancia, es posible que aún tenga que usar una bobina o un condensador externo por separado.
Depende de lo que quiere decir con "componente electrónico" y "CPU". Si restringes eso a los dispositivos semiconductores y a la unidad de procesamiento real, entonces sí, una CPU está hecha de transistores.
Si incluye IO, tiene algunos transistores de mayor voltaje y diodos de sujeción, además de celdas de protección contra ESD (que pueden usar transistores y / o diodos). Si permite componentes pasivos, tiene cables hechos de metal o polisilicio. Por supuesto, los diodos también se pueden hacer a partir de BJT.
Los transistores y los cables son los únicos componentes en muchos circuitos integrados, incluidos muchos chips de CPU.
Si incluye todo el chip, es posible que tenga cualquier número de componentes analógicos: diodos para medición de temperatura, convertidores analógico a digital, reguladores de voltaje LDO, osciladores de cristal, amplificadores de detección para memoria y (tal vez lo más comúnmente posible) en los circuitos de reinicio. Estos utilizan componentes pasivos. Los resistores son los más comunes y vienen en muchos tipos diferentes:
Los condensadores tienden a ser mucho más grandes que las resistencias. Están hechos de pilas de semiconductores de óxido de metal, o poli-óxido-poli. También puede utilizar la capacitancia de la unión P-N o la capacitancia entre los cables paralelos en una capa de metal.
Los inductores suelen ser demasiado grandes para ser usados en cualquiera de los circuitos, excepto en los de mayor frecuencia (> 1 GHz). Están hechos de espirales de metal.
También hay transistores extra-especiales como el que se usa en la memoria flash y DRAM. Esos están definitivamente en una clase propia.
No existe un componente como el "transistor ideal" en el mundo real. Un transistor es también una resistencia, un condensador, un par de diodos, un diodo Zener de bajo voltaje, etc. Todos estos efectos secundarios participan en el trabajo de la CPU, incluso si algunos de ellos pueden ser no deseados (elementos parásitos).
Por lo tanto, la CPU no podría estar hecha de "transistores ideales", pero los transistores del mundo real pueden ser sustituidos por otros elementos necesarios. Sin embargo, en algunos casos esto no es óptimo, ya que las resistencias o los condensadores dedicados son más simples y tienen un mejor rendimiento.
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