晶体管是CPU上唯一的电子组件吗？

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最近，我一直在阅读有关CPU的文章，并且知道CPU上的所有逻辑块和存储器都可以由晶体管制成。那么它是CPU上唯一的电子组件吗？

编辑（在前两个答案之后 做出）：但是制作CPU只谈论投影晶体管图（可能是主要部分）。但是如何在CPU中增加二极管，电容器等其他组件？

— 达斯·平古
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您首选的答案是最快的答案，但不是投票最多或信息最多的答案。更改它可能会很好。

— pjc50 '16

某些类型的晶体管（MOSFET）本质上是电容器和二极管。

— 尼克T

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如果您有一个新问题，请问一个新问题，而不要编辑原始问题

— PlasmaHH

@PlasmaHH到我删除编辑并提出其他问题时，答案也开始用于编辑。所以我不得不把它保留在那里。

— Darth Pingu

CPU不是由组件制成的，而是由金属和硅的图案制成的。

— user253751 '16

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逻辑块和存储器可以仅由晶体管制成。重要的问题是：CPU上的所有电路都是逻辑块和存储器，还是还有其他东西？

答案是，总会有其他电路。这里有些例子：

ESD保护电路通常使用二极管和电阻器
内部旁路电容器：实际上，这些电容器可以仅由晶体管栅极制成，但通常也由金属层制成。
诸如内部LDO稳压器，带隙基准，上电复位比较器等模拟模块通常最好在晶体管之间使用一些电阻器来实现。在某些情况下，可以摆脱电阻器并使用100％的晶体管，但这并不是最佳选择。
内部振荡器可以使用电感器电容（LC）振荡电路（尽管电感器太大，以至于它们在现代通用CPU上都不具有成本效益）。
等等

— 恢复莫妮卡
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除了具有非常长的沟道被偏置到电阻区域的晶体管之外，“电阻”有多少次出现？振荡器多久使用一次LC振荡电路，而不依赖于包含奇数个反相器的环内的“寄生”电容（尽管设计得较大）？

— 超级猫

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@supercat-对于我研究的混合信号IC，有很多真实的电阻器和电容器。当环形振荡器的相位噪声不足时，我见过的所有LC振荡电路都已使用。当然，混合信号IC将比CPU具有更多这样的电路（换句话说，“我不知道”）。

— 恢复莫妮卡

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有趣的是，POWER7将电容器用于嵌入式DRAM并避免电压降。

— 保罗·克莱顿

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这个答案足够好，但是我认为您可以扩大一点。对于电阻器部分，您暗示可以用适当偏置的mosfet制成电阻器，但这还不是很清楚。

— 弗拉基米尔·克拉韦罗（Fladimir Cravero）'16

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@VladimirCravero-我并没有打算扩大我的答案以谈论组件的制造方式。无论如何，我想到的典型电阻将是一条细长的多晶硅条。在大多数情况下，可以使用适当偏置的MOSFET，但有时电阻更好。

— 恢复莫妮卡

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我认为您必须换个角度来看：CPU是由步骤（植入，光刻，蚀刻，材料沉积）制成的。如果以某种方式设计步骤和层，则会得到CMOS耦合（左侧为N型MOSFET，右侧为P型MOSFET），这对制造反相器非常有用，然后启动整个逻辑过程，最终构建出所有CPU逻辑块。

但是CPU需要其他类型的设备，用于ESD或内存集成等。为此，您可以通过制作长线材料来以其他方式设计层并获得电阻器（使用多晶硅层或掺杂的衬底）：

这就是使平面IC技术成为颠覆性想法的症结所在：通过简单的步骤，您可以构建（几乎）任何东西。

— rienafairefr
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CPU上的大多数组件是晶体管，但可以制造其他组件。

二极管由PN结或金属半导体结制成，在半导体中具有适当的掺杂水平。

电阻器可以由一长条材料制成（可能在金属层之一上是金属，可能在半导体层上是半导体）。

电容器可以由两种导电材料组成，中间有一层薄的绝缘层（类似于mosfet的栅极，但更大）。

电阻器和电容器的问题是没有很好的方法来在IC中制造较大的值。通常，电阻器或电容器可能会占用与许多晶体管相同的面积。就硅面积而言，使用特殊的晶体管代替电阻器通常更便宜。

— 彼得·格林
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不，还有二极管，电阻器，电容器和电感器，也许还有其他。

— 巴特
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但是制作CPU仅涉及投影晶体管图。您能否提供更多有关如何将这些组件添加到CPU的信息？

— 达斯·平古

可能是因为晶体管构成了电路的主要部分。我不是IC制造专家，因此我无法确切回答。

— 巴特

问题所有者认为这是最佳答案。

— user1717828 '02

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提出问题的人可能最适合判断哪个答案最适合他们的个人兴趣，但是他们通常最不适合判断哪个答案最正确或最有帮助。

— 克里斯·斯特拉顿

这里缺少的是其他组件可能是偶然的或寄生的。或者可以通过有意地操纵晶体管或退化晶体管的这种特性来形成它们，或者由更独特的结构来形成它们。当然，与绝缘栅FET相比，双极结型晶体管本身在现代IC中并不常见。

— 克里斯·斯特拉顿

6

但是如何在CPU中增加二极管，电容器等其他组件？

那么你可以让任何电子元件从只有硅。

硅具有有趣的功能。掺杂硅是一种半导体，这意味着它可以制造电阻器，因为任何普通导体都具有电阻。尽管效率不是很高，但它甚至可以用作电线。在实践中将使用多晶硅，例如8087芯片

...由一个微小的硅芯片组成，硅区域中掺杂有杂质，以赋予它们所需的半导体性能。在硅的顶部，多晶硅（一种特殊类型的硅）形成了导线和晶体管。最后，顶部的金属层将电路连接在一起

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

将NP半导体放在一起就可以构成一个二极管，因为这就是二极管的结构。将PNP或NPN放在一起可制成晶体管。当与氧气结合时，它变成不再导电的二氧化硅，可用于制造电线和导电元件周围的区域。

电容器也很容易制造，只是绝缘体（二氧化硅）作为两个导电板（硅）之间的电介质。

借助晶体管，电阻器和电容器，您可以制作一个运算放大器，然后将其用于模拟没有任何线圈的电感器，其消耗的面积甚至比实际的感应线圈还要少。不错，不是吗？

以上是创建模拟电感的一种方法。您可以在以下参考资料中找到更多方法

当然，如果您需要更多的电感或电容，则可能仍必须使用单独的外部线圈或电容器。

— phuclv
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4

是的，处理器完全由晶体管和电线组成。

这取决于您所说的“电子组件”和“ CPU”。如果将其限制为半导体器件和实际的处理单元本身，那么可以，CPU由晶体管制成。

如果包含IO，则将具有一些较高电压的晶体管和钳位二极管，以及ESD保护单元（可以使用晶体管和/或二极管）。如果允许使用无源组件，则可以使用金属或多晶硅制成的导线。当然，二极管也可以由BJT制成。

晶体管和电线是许多集成电路（包括许多CPU芯片）中唯一的组件。

一些微处理器与处理器在同一芯片上具有其他组件。

如果包括整个芯片，则可能具有任意数量的模拟组件：用于温度测量的二极管，模数转换器，LDO稳压器，晶体振荡器，用于存储器的读出放大器，以及（也许是最常见的）上电复位电路。这些使用无源组件。电阻器是最常见的，有许多不同的类型：

多晶硅-低电阻，可以耐受，也用于电线
N阱-高电阻，极差的耐受性和温度系数
扩散-平庸
负温度系数电阻之类的奇怪东西

电容器往往比电阻大得多。它们由金属氧化物半导体叠层或多氧化物多晶硅制成。您也可以使用PN结电容或金属层中平行线之间的电容。

电感器通常太大，除了最高频率的电路（> 1 GHz）以外，都不能使用。它们是由金属螺旋制成的。

还有一些特殊的晶体管，例如用于闪存和DRAM的晶体管。这些绝对属于自己的一类。

— 亚当·豪恩
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+1。我希望我对此答案所做的细微调整不会明显改变其含义。

— davidcary '16

0

现实世界中没有像“理想晶体管”这样的组件。晶体管也是电阻器，电容器，一对二极管，低压齐纳二极管等。所有这些副作用都参与了CPU的工作，即使其中某些副作用是不必要的（寄生元素）。

因此，CPU不能由“理想晶体管”制成，但是现实世界中的晶体管可以替代其他所需的元件。但是，在某些情况下，由于专用电阻器或电容器更简单且性能更好，因此这不是最佳选择。

— h22
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