《電子技術(shù)應(yīng)用》
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CPU 為什么很少會壞,?

2022-03-15
來源:溫戈
關(guān)鍵詞: CPU 芯片 電路

在計(jì)算機(jī)的一生中,CPU壞的概率極小,。正常使用的情況下,,就算其他主要的電腦配件都壞了,CPU都不會壞,。

CPU出現(xiàn)損壞的情況,,多數(shù)都是外界原因。最主要的就是長期在超頻下工作,,且散熱性差,,引起電子熱遷移導(dǎo)致的損壞。

現(xiàn)在的個(gè)人電腦的更新?lián)Q代基本不是由于CPU損壞才換的,,主要是因?yàn)檐浖粩嗟纳?、越來越大,造作系統(tǒng)的垃圾越來越多導(dǎo)致卡頓,,讓你無法忍受,才換電腦的,。

CPU在出廠之前,,是經(jīng)過非常嚴(yán)格的測試的,甚至在設(shè)計(jì)之初,,就要考慮測試的問題,。可以從pre-silicon,、post-silicon和硅的物理性質(zhì)等方面來解釋這個(gè)問題,。

1、CPU被做成產(chǎn)品之前被檢出缺陷

這一個(gè)階段也就是芯片tape out之后,,應(yīng)用到系統(tǒng)或者產(chǎn)品之前,。

事實(shí)上,在現(xiàn)在的芯片設(shè)計(jì)中,,在設(shè)計(jì)之初就已經(jīng)為芯片的制造,,測試,以及良率做考慮了,。保證這一步能檢測出芯片的缺陷,,主要是DFT+ATE來保證。當(dāng)然也有一些公司會做DFD和DFM,。

DFT = Design For Test

DFD = Design For Debug

DFM = Design for Manufacture

DFT指的是在芯片的設(shè)計(jì)階段即插入各種用于提高芯片可測試性(包括可控制性和可觀測性)的硬件電路,,通過這部分邏輯,生成測試向量,,使測試大規(guī)模芯片變得容易的同時(shí),,盡量減少時(shí)間以節(jié)約成本,。

DFT--可測性設(shè)計(jì),按流程劃分,,依然屬于設(shè)計(jì)階段(pre-silicon),,只不過是為測試服務(wù)的。

而ATE(Auto Test Equipment )則是在流片之后,,也就是post-silicon階段,。

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ATE測試就是為了檢查制造缺陷過程中的缺陷。芯片測試分兩個(gè)階段,,一個(gè)是CP(Chip Probing)測試,,也就是晶圓(Wafer)測試。另外一個(gè)是FT(Final Test)測試,,也就是把芯片封裝好再進(jìn)行的測試,。

CP測試的目的就是在封裝前就把壞的芯片篩選出來,以節(jié)省封裝的成本,。同時(shí)可以更直接的知道Wafer 的良率,。CP測試可檢查fab廠制造的工藝水平。現(xiàn)在對于一般的wafer成熟工藝,,很多公司多把CP給省了,,以減少CP測試成本。具體做不做CP測試,,就是封裝成本和CP測試成本綜合考量的結(jié)果,。

一片晶圓越靠近邊緣,die(一個(gè)小方格,,也就是一個(gè)未封裝的芯片)出問題的概率越大,。測出壞的芯片根據(jù)不同壞的情況不同,也會分bin,,最終用作不同的用途,。

所以在芯片被做成成品之前,每一片芯片都是經(jīng)過量產(chǎn)測試才發(fā)貨給客戶的,。

2,、做成成品出廠以后,在使用過程中壞掉了

就單個(gè)晶體管來看,,在正常使用過程中,,真的那么容易壞掉嗎?其實(shí)不然,。

硅由于物理性質(zhì)穩(wěn)定,,禁帶寬度高(1.12ev),而且用作芯片的硅是單晶硅,,也很難發(fā)生化學(xué)反應(yīng),,在非外力因素下,,晶體管出問題的概率幾乎為零。

即使如此,,芯片在出場前,,還要經(jīng)過一項(xiàng)測試,叫“老化測試”,,是在高/低溫的爐里經(jīng)過 135/25/-45攝氏度不同溫度以及時(shí)間的測試,,以保證其穩(wěn)定性和可靠性。

根據(jù)芯片的使用壽命根據(jù)浴盆曲線(Bathtub Curve),,分為三個(gè)階段,,第一階段是初期失效:一個(gè)高的失效率。由制造,,設(shè)計(jì)等原因造成,。第二階段是本征失效:非常低的失效率,由器件的本征失效機(jī)制產(chǎn)生,。第三個(gè)階段:擊穿失效,,一個(gè)高的失效率。而在計(jì)算機(jī)正常使用的時(shí)候,,是處在第二階段,,失效的概率非常小。

但是,,耐不住有上百億個(gè)晶體管啊...... 所以,,還是有壞的概率的,。

就算是某個(gè)晶體管壞了,芯片設(shè)計(jì)中會引入容錯(cuò)性設(shè)計(jì),,容錯(cuò)性設(shè)計(jì)又可以從軟件和硬件兩個(gè)方面來實(shí)施,。

比如多核CPU可以通過軟件屏蔽掉某個(gè)壞的核心,ATE測試后根據(jù)不同缺陷分bin的芯片,,也會用在不同的產(chǎn)品上,,畢竟流片是十分昂貴的。比如Intel的i3,,i5,,i7等。當(dāng)然,,也不是所有的i3都是i5,、i7檢測出來的壞片。

再比如存儲器中一般存在冗余的信號線和單元,,通過檢查發(fā)現(xiàn)有問題的單元,,從而用冗余的模塊替換有缺陷的模塊,,保證存儲的正常使用。

比如下面橙色的為冗余的memory,,紅色的是壞的memory,,我們便可以通過算法把紅色memory的地址映射到橙色備用的一個(gè)memory上。

芯片測試是極其重要的一環(huán),,有缺陷的芯片能發(fā)現(xiàn)的越早越好,。如果把壞的芯片發(fā)給客戶,不僅損失巨大,,對公司的聲譽(yù)也會造成負(fù)面的影響,。

在芯片領(lǐng)域有個(gè)十倍定律,從設(shè)計(jì)-->制造-->封裝測試-->系統(tǒng)級應(yīng)用,,每晚發(fā)現(xiàn)一個(gè)環(huán)節(jié),,芯片公司付出的成本將增加十倍!??!

高質(zhì)量的測試是由DFT,ATE,,diagnosis,,EDA等多方面協(xié)作完成的,尤其在超大規(guī)模集成電路時(shí)代,,測試變得越來越難,,越來越重要,其開銷在整個(gè)芯片流程中也占有很大的比重,。芯片作為工業(yè)皇冠上的明珠,,所有電子系統(tǒng)的大腦,是萬萬不能出問題的,!




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