02.29 小白問一個愚蠢的問題,芯片裡有由成千上萬的晶體管,為什麼在網上搜索晶體管圖片都非常大?

微笑琳----


首先你要清楚,晶體管指的是用一類用特殊材料經過特殊工藝製作出來的具有特別的電氣特性的元件,例如單向導電、電流放大、控制電流通斷等等。網上看到的晶體管是單個的滿足一定需求的晶體管元件,外形尺寸也是千差萬別,它包含了晶體管晶片、引線、引腳、外殼等。而芯片中晶體管是在同一塊半導體基材上,通過特殊工藝在基材上製作出大量的晶體管單元。這些晶體管每一個都與那些單個的晶體管具有相似的基本特性,但因為用途不同,尺寸自然相差很遠,性能差別也是極其巨大。


來亦去


感謝您的閱讀!

在麒麟990中,一塊僅有113.31平方微米的地方,被放入了103億顆晶體管,你可以在下圖看到,麒麟990密密麻麻的晶體管。

而晶體管實際上我們是看不見的,只能通過用高倍電子顯微鏡放大10萬倍才能夠看到,這就是為什麼我們知道晶體管看似很小,拍出來的效果很大。晶體管的低成本、靈活性和可靠性強:下圖是三柵極晶體管。

實際上,在之前,有一家叫做Cerebras Systems的公司發佈的世界最大芯片“WSE”:

這是由臺積電16nm工藝製造,並且它還擁有46225平方毫米麵積、1.2萬億個晶體管、40萬個AI核心、18GB SRAM緩存、9PB/s內存帶寬、100Pb/s互連帶寬,功耗也高達15千瓦。

所以,別看芯片小,更別小看晶體管,它們的層級排序,所以能夠更好的帶來性能優勢。未來,即使3nm的工藝節點,也會存在問題。

總結下:能夠拍攝出極大晶體管,主要是因為在特殊設備下,可能是顯微鏡等等。當然,知道也沒有意義,處理器的能力不僅僅一個晶體管發揮的,還是其他方面,比如CPU或者GPU 的能力等等。


LeoGo科技


問題:小白問一個愚蠢的問題,芯片裡有由成千上萬的晶體管,為什麼在網上搜索晶體管圖片都非常大?

回答:現在的CPU真的很小很小很小很小,但是網上的晶體管圖片都非常大,因為大部分都是渲染圖來的。


我們看到的當然是一塊芯片的圖片,但是有人用X光一照就能看到它的面積和分佈圖了。


實際上,麒麟990也只有指甲蓋一樣的大小的,比圖中的還要小,然而這麼小的面積中,竟然能夠容納了103億顆晶體管。

那麼,網上能夠看到一根一根的晶體管的圖,它們是真的把晶體管放大並且拍照嗎?這個可能性不是沒有,但是實際上更多的是渲染圖。即使是專利圖,也是做一個示意的而已。

(某個晶體管和半導體專利的示意圖)

也就是說,大概的晶體管是怎麼樣的,然後根據設計的需求,覺得怎麼好看,就怎麼P,進行視覺渲染,這是方便宣傳或者是教學的時候使用。

真正的晶體管並不是這樣的!即使是通過專業的顯微鏡,放大了10萬倍,實際上的情況跟我們網上的渲染圖也是不一樣的!

說白了,網上的晶體管的圖,大部分都是為了好看,而P得很好看的。


太平洋電腦網


因為小的拍不到圖片。

現在CPU已經開始使用10nm的技術製造,雖然並不代表晶體管就是這麼大,但是一粒灰塵都比晶體管大得多,這麼小的尺寸基本上只能用電子顯微鏡才能看到,想要拍到應該只能在芯片還沒封裝的時候,在無塵室裡才行。這應該只有cpu生產廠家內部才能拍到,決算他們內部有,這些圖也不可能流傳出來。

下面一張是40倍顯微鏡下的暴力拆解的CPU芯片圖,型號是Pentium D 820,製程是90nm。

下面是一張800倍

完全看不出來這是晶體管,只有很多色彩斑斕的點,顯然顯微鏡的放大倍數不夠。估計萬倍或者更高的放大倍數才能一窺真容。

晶體管有很多種,LED燈也是晶體管的一種,由於大規模集成電路里晶體管拍不到,所以平時搜索晶體管顯示的都是像led燈這種相對較大的。


科級雞


為了大家看的清楚,那都是放大了無數倍的樣子了,難道還要給你搜索的你再配個顯微鏡不成,直接要看的也就是個集成電路芯片而已。


旅遊思享


    華為的麒麟990處理器,採用了7nm工藝製程,集成了103億個晶體管。這103億個晶體管密密麻麻的分不到只有指甲蓋大小的手機Soc中(14mm*14mm)。比拇指還小的芯片集成了上億個晶體管,那麼小的晶體管是什麼樣子的呢?下文具體說一說。

    一個晶體管的結構

    晶體管主要由源極(Source)、漏極(Drain)、柵極(Gate)組成,大體結構如下圖所示▼。

    集體管工作時,電流從源極(Source)流入漏極(Drain),柵極(Gate)相當於閘門,負責控制兩端源極和漏極的通斷。電流會損耗,柵極的寬度就決定了電流通過時的損耗,直觀的表現就是手機的發熱和功耗,柵極的寬度越窄,功耗越低。


    柵極的寬度,就是我們經常聽說的XX nm製程工藝,比如麒麟990採用了臺積電7nm製程工藝。


    手機處理器

    簡單說一下手機處理器,即Soc。處理器不僅包含了CPU,還包括了GPU、DSP、ISP、內存控制器、基帶等等,而這些都集成到指甲殼大小的芯片中:

  • CPU單核性能決定了程序打開速度,蘋果手機的A處理器單核性能可以說“天下無敵”了;

  • GPU性能決定了遊戲幀數,高分辨率顯示輸出,如果GPU性能差,那麼大型遊戲就會卡頓;

  • ISP性能決定了拍照的畫質和體驗,典型的例子就是MTK的處理器,拍照畫質一般;

  • WiFi模塊決定了手機無線速率和穩定性,大部分手機僅支持雙通道;

  • LTE性能決定了4G上網的速度,信號的穩定性,蘋果手機是個例外,沒有自己的基帶,集成了英特爾基帶的iphone xs系列手機頻繁出問題。


    總之,網上看到的芯片圖片,能看到晶體管的佈局,都是在顯微鏡下看到的,放到了幾十萬倍的結果。指甲殼的芯片集成了上億顆晶體管,包含了CPU、GPU、ISP、基帶等模塊,各個模塊之間可以高速通信。

如果覺得對你有幫助,可以多多點贊哦,也可以隨手點個關注哦,謝謝。

Geek視界


很好理解!你在網上看到的晶體管我們稱為分立元件,要安裝電路板使用的,所以必須有安全的封裝,體積很大。

而我們常說的芯片屬於集成電路,顧名思義!把大數量的微晶體管集成到一個小芯片裡,

下圖為一款芯片的內部設計圖,密密麻麻、層層疊疊!當然這就不可能一個個的做了,所以就有了光刻等等技術。

用一種簡單的描述:就是一個硅片,然後在上面做光刻,接著做腐蝕,上面做沉積,然後在上面做離子注入,等等最後才是切割、封裝。

然後形成各種各樣的芯片,見上圖。

而這個密密麻麻的晶體管數量,專業名稱叫MTr/mm²,即每平方毫米X百萬個晶體管表,上圖是不是很恐怖?體積就太小了。

按照摩爾定律:每隔 18~24 個月,集成電路上可容納的元器件數目便會增加一倍,芯片的性能也會隨之翻一番。

2020年伊始,臺積電、三星已經完成了奔向 5nm、3nm,臺積電在中國臺灣的第一家3nm工廠將於2021年投產。

即將發佈的apple A14芯片,採用了5納米工藝,擁有125億個晶體管。


就是這麼簡單!您理解了嗎?



叮噹新科技


晶體管是一個很大的類型,樣子千差萬別,尺寸更是多種多樣,芯片裡的晶體管尺寸是納米級別,題主網上搜索到的晶體管(如下圖),屬於分立元件,就是獨立的零件,尺寸較大,單個製作成本較高(相對於納米級別晶體管),但製作技術較低。

這種晶體管作為零配件焊接到電路板上,可以用肉眼看到,常用在較大功率(相對於芯片內集成的晶體管)、比較簡單、低成本的電路設計上,如下圖。下圖中的三極管就是晶體管。

芯片內集成的晶體管具有尺寸極小(見下圖)、功耗極低、製作技術較高(納米級別的需要光刻),但因為規模效應,一個芯片內常常集成數以億計的晶體管,所以分攤到每個晶體管上,製作成本又極低,比印刷一個字符還便宜。

成本有多低呢?蘋果A13芯片集成了85億個晶體管,成本64美元,按現有匯率計算,約合人民幣448元,平均每個晶體管成本為0.00000527059分錢,而一個分立元件晶體管,便宜的每個要幾分錢,貴的則要好幾元,比芯片集成的晶體管貴差不多10萬倍。

不過,無論晶體管價格、尺寸差別有多大,它們的原理都一樣,都有柵極、源極和漏極(如下圖),這三個極即使在尺寸較大、肉眼可見(第一幅圖的)的晶體管也看不到,它們被封裝到陶瓷、塑料或金屬批帽中,我們能看到的是連接它們的三個引腳。

芯片的世界神奇、偉大,由於它是現代工業世界的麵包,所以成為大國競技的籌碼。對此感興趣,可以關注我閱讀頭條專欄《大國芯片戰爭之狂野硅谷》,從晶體管發明講起,全面展示大國間為芯片展開的高科技戰爭,以及臺前幕後精彩故事,可提升自身知識價值維度,瞭解當今高科技世界運作秘密,加強自身社會適應力。



魔鐵的世界


謝謝您的問題。晶體管的設計是要求不斷縮小的,網上的圖片都是放大的。

無法想象的晶體管數量。晶片的性能提升必須要容納更多的晶體管。英特爾公司推出的Stratix 10 GX 10M芯片,包含了433億個晶體管。美國AI初創公司Cerebras Systems宣佈自己研發了世界最大的芯片WSE,包含了1.2萬億個晶體管。全球超級計算機下一個時代將是E級超算,每秒將達到百億億次浮點運算,難以想象芯片會含有多少個晶體管。

不斷壓縮的晶體管體積。這裡就會涉及nm工藝,nm實際上講的是柵極的大小,也可以理解為柵長距離,包括28nm、14nm、7nm,距離尺寸越來越小,芯片的體積也會越來越小,工藝製程越來越高。由於柵極越短,電流流通越快,功耗和成本就越小,但是晶體管的數量還要不斷增加以保證性能,所以晶體管的尺寸也要不斷變小。而且,對於硅材料芯片,7nm似乎到了物理極限,需要研發新的材料,才有可能能裝進更多的晶體管。



拍照片的問題。這是用特殊的儀器,比如電子顯微鏡放大1000倍,才能拍到晶體管的照片,放到網絡上讓大家學習觀看。7nm是什麼概念?肉眼能看到嗎?也許就一粒灰塵。而且要想拍得清楚,必須在封裝芯片之前。以後要想拍攝清楚晶體管,估計放大儀器也得升級。
歡迎關注,批評指正。


追科技的風箏


你搜到的晶體管圖片裡70%的體積是塑料殼子,25%的體積是金屬導體,真正的晶體管體積不到5%

那些的晶體管是功率元件,為了大功率,體積做的很大

手機裡的晶體管大小不到它的萬分之一


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