為什麼CPU晶片總是正方形呢?簡單的問題背後深刻的邏輯

2021-01-07 思想之光Bling

對於CPU的形狀,似乎並沒有什麼標準定性規定CPU一定要是正方形(矩形),但是各大CPU廠商都不約而同地選擇了矩形,這個簡單的問題背後其實隱藏著深刻的邏輯。

處理器是機器的電子元件,人們對它並不陌生,這是因為我們的日常生活都離不來它。它是電腦的主要設備之一,可以解釋計算機指令,同時處理計算機的數據。其實處理器是多個電子元件的統稱,他們共同工作,才能完成數據處理。

而處理器晶片其實都是在一定大小的矽圓上製作並切割出來的,但是晶圓一般是圓形的,而邊緣地區周圍無論怎樣是無法做電路的,只有儘可能減少面積的浪費。所以切割線總長越短,晶圓面積浪費得越小。

有點像古代的割圓術

按理來說,想充分利用這個晶圓的面積其實最好是把晶圓切割成一個個正六邊形。但是微觀工藝,往往沒有想像中那麼簡單。切割晶圓,一般用的是雷射,劃片道寬度僅有80微米。而使用矩形,也方便劃片道計算下一個晶片的位置,移動次數較少。而切割六邊形,移動次數會變多,而且路徑計算複雜。

六邊形和矩形的對比

而且當晶片達到一定的面積後,調整長寬比,讓它更好地利用晶圓面積。所以從利用率上看,矩形無疑是最佳選擇。

從元素構成角度上看,CPU的核心組成---矽,在微觀結構上其實是立方晶系的晶體,簡單來說就是晶面的夾角是90度,完美地契合了矩形的內角。四邊形可以順晶面解理自然形成,而正六邊形需要打斷遠遠多於解理方向的共價鍵。作為一種又硬又脆的材料,這樣的切割本身就會帶來工藝上的問題。

微觀工藝上,原子的影響權重逐步變大

當然,其實形狀上的差別本質上不會改變CPU本身的功能,這樣的設計只是為了方便設計罷了。縱觀電路的發展史,人類總是習慣於矩形電路的設計,這樣的設計無疑是簡潔明了且高效的,更何況,CPU精密的電路設計對於精度的要求極高,好的模具為好的設計奠下了好的基礎。

所以看似簡單的問題,其實背後都隱藏著CPU廠商深刻的思考,都是市場的自然選擇。我們現在看到的,其實都是精美,設計集大成者的工藝品。

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