《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

在計算機的一生中,,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,引起電子熱遷移導致的損壞,。

現(xiàn)在的個人電腦的更新?lián)Q代基本不是由于CPU損壞才換的,,主要是因為軟件不斷的升級,、越來越大,造作系統(tǒng)的垃圾越來越多導致卡頓,,讓你無法忍受,,才換電腦的。

CPU在出廠之前,,是經(jīng)過非常嚴格的測試的,,甚至在設(shè)計之初,就要考慮測試的問題,??梢詮膒re-silicon、post-silicon和硅的物理性質(zhì)等方面來解釋這個問題,。

1,、CPU被做成產(chǎn)品之前被檢出缺陷

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

事實上,在現(xiàn)在的芯片設(shè)計中,,在設(shè)計之初就已經(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,,盡量減少時間以節(jié)約成本。

DFT--可測性設(shè)計,,按流程劃分,,依然屬于設(shè)計階段(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,。芯片測試分兩個階段,,一個是CP(Chip Probing)測試,也就是晶圓(Wafer)測試,。另外一個是FT(Final Test)測試,,也就是把芯片封裝好再進行的測試,。

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(一個小方格,,也就是一個未封裝的芯片)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

就單個晶體管來看,,在正常使用過程中,,真的那么容易壞掉嗎?其實不然,。

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),,分為三個階段,第一階段是初期失效:一個高的失效率,。由制造,,設(shè)計等原因造成,。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制產(chǎn)生,。第三個階段:擊穿失效,,一個高的失效率。而在計算機正常使用的時候,,是處在第二階段,,失效的概率非常小。

但是,,耐不住有上百億個晶體管?。?所以,還是有壞的概率的,。

就算是某個晶體管壞了,,芯片設(shè)計中會引入容錯性設(shè)計,容錯性設(shè)計又可以從軟件和硬件兩個方面來實施,。

比如多核CPU可以通過軟件屏蔽掉某個壞的核心,,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,,對公司的聲譽也會造成負面的影響。

在芯片領(lǐng)域有個十倍定律,,從設(shè)計-->制造-->封裝測試-->系統(tǒng)級應(yīng)用,,每晚發(fā)現(xiàn)一個環(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)模集成電路時代,,測試變得越來越難,,越來越重要,其開銷在整個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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