晶體管很容易壞掉嗎

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?jí)牧?，CPU都不會(huì)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(zhǎng)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?jí)、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(cè)試的，甚至在設(shè)計(jì)之初，就要考慮測(cè)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(cè)試，以及良率做考慮了。保證這一步能檢測(cè)出芯片的缺陷，主要是DFT+ATE來保證。當(dāng)然也有一些公司會(huì)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(cè)試性（包括可控制性和可觀測(cè)性）的硬件電路，通過這部分邏輯，生成測(cè)試向量，使測(cè)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(cè)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(cè)試服務(wù)的。

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

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

CP測(cè)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(cè)試可檢查fab廠制造的工藝水平。現(xiàn)在對(duì)于一般的wafer成熟工藝，很多公司多把CP給省了，以減少CP測(cè)試成本。具體做不做CP測(cè)試，就是封裝成本和CP測(cè)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(cè)出壞的芯片根據(jù)不同壞的情況不同，也會(huì)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(cè)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(chǎng)前，還要經(jīng)過一項(xiàng)測(cè)試，叫“老化測(cè)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(cè)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(huì)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(cè)試后根據(jù)不同缺陷分bin的芯片，也會(huì)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(cè)出來的壞片。

再比如存儲(chǔ)器中一般存在冗余的信號(hào)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(chǔ)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(cè)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(duì)公司的聲譽(yù)也會(huì)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(cè)試--》系統(tǒng)級(jí)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?。。?/p>

高質(zhì)量的測(cè)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(cè)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！

原文標(biāo)題：CPU 為什么很少會(huì)壞？

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