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  • 1 # 魔鐵的世界

    用分立元件做一個高階CPU,這個逆科技潮流的想法,理論上是完全可行的,但實際操作,你必須得是土豪,而且是鑽石級別的土豪才Hold住,至於原因,後面會詳細說。最終的效果可用四個字概括:酸爽無比!

    先預告,圖多量大,需要仔細看。

    這種級別的土豪才搞得掂用分立式元件造高階CPU,一是有錢,而是閒的慌。

    先說用分立元件做一個高階CPU為何可行。

    現在高階CPU內的電晶體從外表看,像是一塊木板上擱了個橫豎大小不一的十字塊兒,模型見下圖。

    這種電晶體有個怪怪的名字——鰭式場效應電晶體,英文名叫Fin Field-Effect Transistor,簡稱FinFET。看名字挺唬人,其實中文名已經暗示答案:溝道區域(上圖中灰色豎立的薄板)形狀像豎起的魚鰭。不過說實話,我是怎麼也沒看出和魚鰭的關係,可能理工男的思維就是這麼剛直,說像魚鰭就當魚鰭好了。

    FinFET在電子顯微鏡下,真實模樣如下圖。

    儘管看起來像紗窗格子,其實和下圖中的分立式電晶體在原理上完全相同,都有源極、漏極和柵極,

    重點是,分立式電晶體同樣可以開啟或關閉電流,表示CPU中的0和1。

    實際上,積體電路(晶片)的基本思路就是將分立式元件縮小,做到一塊矽片上並連線起來(見下圖)。

    換句話說,分立式電晶體只要搭配電容、電阻、電感等被動元件,按CPU中的線路連線起來,完全可以實現CPU的所有功能。

    不過,比較大的問題是可靠性不佳,PCB板面積驚人。

    我們以英特爾釋出於2013年的高階桌面處理器酷睿i7-4960X為例,這款CPU有18.6億個電晶體。這18.6億個電晶體又需要和數以億計的電容、電阻、電感連線在一起,才能順利工作。

    焊接幾十億電子元件,很難保證100%無差錯,這就帶來了可靠性問題。實際上,晶片的一大優勢之一就是,用光刻的方式保證了電子元件連線的可靠性。

    將幾十億個電子元件連線到一起,承接的PCB板面積也將十分驚人。

    按一個電晶體佔用PCB面積20平方毫米計算(最保守的估計),18.6億個電晶體需要372萬平方米的PCB板,由於電容、電阻等被動元件佔用面積小,湊個整數,佔用面積400萬平米。

    400萬平米是什麼概念?中國的故宮很大吧,面積有80萬平米。也就是說酷睿i7-4960X用分立式元件製造的話,需要5個故宮面積的PCB板。

    目前藍星上還沒有哪個廠家敢拍胸脯說,自己能量產5個故宮大的一整塊PCB板。

    只能走私人定製道路,價格將是天文數字。

    跨過焊接和PCB面積兩大難關後,將迎頭碰上功耗大山。

    18.6億個電晶體分立元件,即使每個耗電僅0.5瓦,全功耗執行的功率也將達到9.8億瓦,相當於三峽電站總裝機容量(2250萬千瓦)的4.36%。如此大的耗電量,沒有哪個城市能負擔得起,所以必須為這塊超級CPU建一座中型發電廠。

    折騰這麼多,耗資數以億計,結果這塊CPU的算力和幾千塊的晶片一樣,這是何苦呢?

  • 2 # 紅衫樹16

    理論上可行,但實際做不到,一是體積太大了,二是元件的可靠性要求太高,三是由於是分立元件焊點多線路長,運算速度上不去。

  • 3 # 周先生987

    絕不可能!高階CPU的複雜程度超乎你的想象,一顆CPU動輒就是集成了7~8億個電晶體,頻率3~4GHz,7億個分立原件需要多大的空間?各元件之間連線需要多長?所產生的分佈電容分佈電感根本無法解決,頻率也無法提升。

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