CPU为什么不做成圆的而是方的?
CPU为什么不做成圆的而是方的?
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网友解答:
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要是做成圆的,你要说怎么不做成方的
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网友解答:
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假设有一家芯片设计公司,像题主说的,将CPU不设计成方形而是圆形,结果会怎么样呢?
这就等于在晶圆这个大圆里刻下(芯片是光刻成的)许多小圆,效果如下图(为节约时间,我只画出了一部分)。可以看到,CPU与CPU(即小圆与小圆)之间有相当大的空隙,使许多硅片被浪费了,粗略估计大概10%左右吧。
浪费还在继续。
由于CPU是圆的,而电子线路是走直线。至于为什么要走直线,因为两点之间,直线最短,两个元件之间用直线连接,不仅可以减小电流消耗(线路变短,电阻变小),还省下空间放置其它电子元件。
CPU内走直线的电子线路纵横交错,而且本着最大化利用硅片的原则,于是一片CPU的所有电路会构成一个正方形(如下图)。结果,为了设计一片圆圆的CPU,CPU线路(下图中橙色的正方形)四周的硅片又被浪费掉了,这部分的面积大概有30%左右吧。
单颗圆形CPU浪费硅片面积,把这些CPU刻到整片晶圆上,如前文所述,CPU与CPU之间空隙很大,再浪费一次(10%左右),最终得到的浪费效果如下图。图中红色的横竖条就是被浪费的硅片面积,只有白色方格是被利用到的。整个晶圆被浪费掉40%左右。
没有对比就没有伤害。当CPU设计成方形时(见下图),CPU与CPU之间只有一条便于切割的缝隙,整片晶圆得到最大化利用。
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网友解答:
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一、节省材料
CPU是由硅晶圆切割出来的,目前硅晶圆都是圆形的,如果再到上面去切圆形的CPU出来,浪费的会非常多,所以用方形的可以节省材料,达到最高的材料利用率。
2、设计的制造上的方便
CPU是由晶体管组成,晶体管的开关构成0、1这些运算,从而形成CPU的计算能力,而晶体管的排列也是线性排列的,同时我们发现电路的走线什么的都是线性的,这就意味着做成方形的CPU,在电路的设计上、加工制造上,都会更加的方便。
3、使用上的方便
再考虑到应用场景方面,我们看看目前的主板、以及承载CPU的智能设备,基本上都是是方形的,比如手机,电脑主机、笔记本等等。
因为方形更容易摆放,更能够节省空间,而CPU为了配合这些主板什么的,做成方形的也会更加的方便。
其实不只是CPU,我们仔细看看其它的设备,比如内存,硬盘、屏幕等等,这些都是以方形的为主,基本上也都是基于以上的原因。
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网友解答:
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答:我们知道,晶圆是圆的,但是晶圆做成的芯片却是方的,这主要是考虑到芯片制造时对晶圆的利用率,以及切割的方便,另外芯片做成方形,也更方便布线。
芯片为什么不是圆的?
芯片的基本材料是单晶硅,首先把单晶硅做成晶圆,然后用光刻和蚀刻等等技术把晶圆进行精密加工,再切割为成百上千块的芯片。
无论是电脑还是手机当中,芯片大多做成正方形,之所以做成方的而不是圆的,主要是考虑这么几个方面:
1、圆形芯片在切割晶圆时,对边角料的浪费很大,做成矩形(矩形包括了正方形),能使得边角料的浪费最少。
2、芯片本是拥有极高精度的产品,在进行晶圆切割时,直线切割最为方便,弧线切割对切割工具的要求很高,而且单晶硅的晶核本身就具有方向性,弧线切割容易把芯片边缘切坏。
3、矩形的芯片在布线和安装时更方便定位,如果做成圆形,由于圆具有任意角度的旋转对称性,在布线和安装时哪怕出现一个微小的角度偏差,都有可能导致错误。
4、电子产品具有很高的集成度,圆形芯片不利于整体电路板的布局。
当然,除了正方形外,正三角形和正六边形也能做到切割时始终是直线,而且不浪费边角料,但是芯片的研究、设计和制造,是经过几十年的技术迭代发展而来,最终选择了正方形的设计。
既然芯片是方的,为何晶圆又是圆的呢?
硅的熔点为1410℃,芯片用的单晶硅对纯度的要求极高,99.9999%纯度的硅可以用作太阳能光伏板,还远远不够芯片级别的要求,芯片对单晶硅的纯度要求至少是99.999999%,国内虽然有公司能够生产芯片级别的单晶硅,但产量还不能满足国内需求,很大一部分还需要进口。
高纯度的单晶硅使用切克劳斯基法(直拉法)进行制造,该方法使用石英坩埚把多晶硅融化,然后把温度保持在1500℃左右,然后用一个子晶放在坩埚中匀速旋转,同时坩埚反向旋转,并向上缓慢提起子晶,于是熔融状态的硅就会沿着子晶生长,最后形成一个圆柱形的硅锭,这个硅锭就是单晶硅,直径可达30厘米,长度可达1米。
然后我们把硅锭进行切片,就得到了晶圆,所以晶圆是圆形的,虽然圆形晶圆也会导致一部分边角料的浪费,但是晶圆尺寸远比芯片大,一张晶圆可以制作成百上千块芯片,所以浪费掉的晶圆边角料是可以接受的。
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网友解答:
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因为CPU芯片可是很贵的,在目前的圆形晶圆上切割方形的芯片本身就有一些边角料的浪费,更别说圆形芯片了,如果在目前的圆形晶圆上切割圆形芯片,那会造成更大的浪费,可能一块晶圆上能浪费将近一半的面积,这样子成本和风险就太高了。
而且晶圆的生产和CPU芯片的切割不一样,传统方形芯片切割起来横平竖直,良品率更高,对设备精度的要求也低一些,但是如果按照圆形切割的话那就都是曲线切割,对设备的精密程度要求非常高,成本也会急剧提高,很不划算。
此外,既然设计的是圆形芯片,那么CPU内部的核心也必须是设计成圆形的,但是传统的电路设计都是以横平竖直来的,如果让芯片设计师在CPU里布局大量的曲线电路那实在是太难了,最终的成品也很可能不尽人意,所以说目前的技术用来做圆形芯片和CPU是非常不现实的,至少在民用和消费领域是这样的。
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