Является ли транзистор единственным электронным компонентом процессора?

Логические блоки и память могут состоять только из транзисторов. Важный вопрос: все ли схемы на ЦП являются логическими блоками и памятью, или есть что-то еще?

Ответ в том, что всегда есть какие -то другие схемы. Вот некоторые примеры:

• В схемах защиты от электростатического разряда часто используются диоды и резисторы.
• Внутренние обходные конденсаторы : на самом деле они могут быть сделаны только из транзисторных затворов, но часто они также изготавливаются из металлических слоев.
• Аналоговые блоки, такие как внутренние LDO-регуляторы, эталоны ширины запрещенной зоны, компараторы включения питания и т. д., обычно лучше всего реализовать с некоторыми резисторами среди транзисторов. В некоторых из этих случаев возможно избавиться от резисторов и использовать 100% транзисторы, но это не обязательно оптимально.
• Внутренние генераторы могут использовать колебательные контуры индуктор-конденсатор (LC) (хотя катушки индуктивности настолько велики, что они нерентабельны для современных процессоров общего назначения).
• И т. д. и т. д.

Я думаю, нужно смотреть на это с другой стороны: процессоры делаются поэтапно (имплантация, литография, травление, нанесение материалов). Если вы спроектируете шаги и слои определенным образом, вы получите пару КМОП (МОП-транзистор N-типа слева, МОП-транзистор P-типа справа), полезную для создания инверторов, а затем начнете всю логику, чтобы в конечном итоге построить все Логические блоки процессора.

Но процессорам нужны другие типы устройств, для ESD, интеграции памяти или чего-то еще. Для этого вы можете спроектировать слои другим способом и получить резисторы (используя слои поликремния или легированную подложку), сделав из материала длинную линию:

В этом суть того, что сделала планарную ИС такой прорывной идеей: из простых шагов можно построить (почти) что угодно.

Большинство компонентов процессора представляют собой транзисторы, но могут быть изготовлены и другие компоненты.

Диод изготавливается либо из PN-перехода, либо из перехода металл-полупроводник с подходящим уровнем легирования полупроводника.

Резистор можно сделать из длинной полосы материала (возможно, металла на одном из металлических слоев, возможно, полупроводника на полупроводниковом слое).

Конденсатор может состоять из двух проводящих материалов с тонким изолирующим слоем между ними (аналогично затвору MOSFET, но большего размера).

Проблема с резисторами и конденсаторами заключается в том, что нет хорошего способа получить большие значения в ИС. Часто резистор или конденсатор могут занимать ту же площадь, что и многие транзисторы. Часто дешевле с точки зрения площади кремния использовать специальный транзистор вместо резистора.

Нет, есть еще диоды, резисторы, конденсаторы и катушки индуктивности, а может и другие.

Но как в ЦП добавляются дополнительные компоненты, такие как диоды, конденсаторы и т. д.?

Ведь любые электронные компоненты можно делать только из кремния .

Кремний имеет интересные особенности. Легированный кремний — это полупроводник , а значит, из него можно делать резисторы , потому что любой нормальный проводник имеет сопротивление. Его даже можно использовать как провода, хотя и не очень эффективно. На практике будет использоваться поликремний , например чипы 8087.

... состоит из крошечного кремниевого кристалла с областями кремния, легированными примесями, чтобы придать им желаемые полупроводниковые свойства. Поверх кремния поликремний (особый тип кремния) формировал провода и транзисторы. Наконец, металлический слой сверху соединил схемы вместе.

http://www.righto.com/2018/09/two-bits-per-transistor-high-density.html?m=1

Объединение NP-полупроводников дает диод , потому что это структура диодов. Если соединить PNP или NPN, получится транзистор . При соединении с кислородом он превращается в двуокись кремния, которая больше не проводит ток и может быть использована для изготовления области вокруг проводов и токопроводящих элементов.

Конденсаторы также очень легко создать, просто изолятор (диоксид кремния) в качестве диэлектрика между двумя проводящими пластинами (кремний).

С транзисторами, резисторами и конденсаторами вы можете сделать операционный усилитель , который затем можно использовать для имитации катушки индуктивности без какой-либо катушки, при этом потребляемая площадь даже меньше, чем у настоящей индукционной катушки. Круто, не так ли?

Выше приведен один из способов создания имитации индуктивности. Вы можете найти больше способов сделать это в приведенных ниже ссылках.

• Общий преобразователь импеданса
• Почему операционные усилители заменяют катушки индуктивности (L) в активных фильтрах?
• Создайте симулированный плавающий индуктор мощности Используя стандартные операционные усилители
• Смоделированная индуктивность
• Моделирование индуктивности с использованием операционных усилителей, фильтров второго порядка, приближения Баттерворта

Конечно, если вам нужно больше индуктивности или емкости, вам все равно придется использовать отдельную внешнюю катушку или конденсатор.

Это зависит от того, что вы подразумеваете под «электронным компонентом» и «ЦП». Если вы ограничите это полупроводниковыми устройствами и самим процессором, то да, ЦП состоит из транзисторов.

Если вы включаете IO, у вас есть несколько высоковольтных транзисторов и фиксирующих диодов, а также ячейки защиты от электростатического разряда (которые могут использовать транзисторы и/или диоды). Если вы разрешаете пассивные компоненты, у вас есть провода из металла или поликремния. Конечно, диоды можно сделать и из BJT.

Транзисторы и провода являются единственными компонентами многих интегральных схем, в том числе многих чипов ЦП.

Некоторые микропроцессоры имеют другие компоненты на том же кристалле, что и процессор. Если вы включаете весь чип, то у вас может быть любое количество аналоговых компонентов: диоды для измерения температуры, аналого-цифровые преобразователи, стабилизаторы напряжения LDO, кварцевые генераторы, усилители считывания для памяти и (возможно, чаще всего) схемы сброса при включении питания. . В них используются пассивные компоненты. Резисторы являются наиболее распространенными и бывают разных типов:

• Поликремний — низкое сопротивление, хорошая устойчивость, также используется для проводов.
• N-well - Высокое сопротивление, ужасная переносимость и темп
• Диффузия - Вид посредственный
• Странные вещи, такие как отрицательные резисторы tempco

Конденсаторы имеют тенденцию быть намного больше, чем резисторы. Они сделаны из стеков металл-оксид-полупроводник или полиоксид-поли. Вы также можете использовать емкость PN-перехода или емкость между параллельными проводами в металлическом слое.

Катушки индуктивности обычно слишком велики, чтобы их можно было использовать в любых цепях, кроме высокочастотных (> 1 ГГц). Они сделаны из металлических спиралей.

Существуют также специальные транзисторы, подобные тем, которые используются во флэш-памяти и DRAM. Это определенно отдельный класс.

В реальном мире не существует такого компонента, как «идеальный транзистор». Транзистор это еще и резистор, конденсатор, пара диодов, низковольтный стабилитрон и т.д. Все эти побочные эффекты участвуют в работе процессора, даже если некоторые из них могут быть нежелательными (паразитные элементы).

Следовательно, процессор не может быть сделан из «идеальных транзисторов», но транзисторы реального мира могут быть заменены другими необходимыми элементами. Однако в некоторых случаях это не оптимально, так как специальные резисторы или конденсаторы проще и работают лучше.