Il transistor è l'unico componente elettronico su una CPU?

Recentemente ho letto delle CPU e ho scoperto che tutti i blocchi logici e la memoria sulla CPU possono essere realizzati con transistor. Quindi è l'unico componente elettronico su CPU?

Modifica (creato dopo le prime due risposte): Making of CPU parla solo della proiezione di diagrammi a transistor (potrebbe essere la parte principale). Ma come vengono aggiunti alla CPU componenti aggiuntivi come diodi, condensatori ecc.?

I blocchi logici e le memorie possono essere fatti solo di transistor. La domanda importante è: tutti i circuiti della CPU sono blocchi logici e memorie o c'è qualcos'altro?

La risposta è, ci sono sempre alcuni altri circuiti. Ecco alcuni esempi:

• I circuiti di protezione ESD utilizzano spesso diodi e resistori
• Condensatori di bypass interni : in realtà questi possono essere realizzati solo da porte a transistor, ma spesso sono anche realizzati con strati metallici.
• I blocchi analogici come i regolatori LDO interni, i riferimenti di gap di banda, i comparatori power-on-reset, ecc. Sono generalmente meglio implementati con alcuni resistori tra i transistor. Potrebbe essere possibile sbarazzarsi dei resistori e utilizzare transistor al 100% in alcuni di questi casi, ma non è necessariamente ottimale.
• Gli oscillatori interni possono utilizzare circuiti di serbatoio induttore-condensatore (LC) (sebbene gli induttori siano così grandi da non essere economici sulle moderne CPU per uso generico).
• Ecc. Ecc.

Penso che devi guardarlo al contrario: le CPU sono realizzate con passaggi (impianto, litografia, incisione, deposito di materiali). Se si progettano i passaggi e i livelli in un certo modo si ottiene una coppia CMOS (MOSFET di tipo N a sinistra, MOSFET di tipo P a destra), utile per creare inverter e quindi avviare l'intera logica, per creare infine tutti i Blocchi logici CPU.

Ma le CPU hanno bisogno di altri tipi di dispositivi, per ESD o integrazione di memoria o altro. Per questo, puoi progettare gli strati in un altro modo e ottenere resistori (usando gli strati di polisilicio o il substrato drogato), creando una lunga linea di materiale:

Questo è il punto cruciale di ciò che ha reso la tecnologia IC planare un'idea così dirompente: da semplici passaggi puoi costruire (quasi) qualsiasi cosa.

La maggior parte dei componenti su una CPU sono transistor ma è possibile realizzare altri componenti.

Un diodo è costituito da una giunzione PN o una giunzione semiconduttore in metallo con un adeguato livello di drogaggio nel semiconduttore.

Un resistore può essere realizzato con una lunga striscia di materiale (possibilmente metallo su uno degli strati di metallo, possibilmente semiconduttore su uno strato semiconduttore).

Un condensatore può essere costituito da due materiali conduttivi con un sottile strato isolante in mezzo (simile alla porta di un mosfet ma più grande).

Il problema con resistori e condensatori è che non esiste un buon modo per fare grandi valori in un circuito integrato. Spesso un resistore o un condensatore può finire per occupare la stessa area di molti transistor. Spesso è più economico in termini di area di silicio utilizzare un transistor speciale anziché un resistore.

No, ci sono anche diodi, resistori, condensatori e induttori e forse anche altri.

Ma come vengono aggiunti alla CPU componenti aggiuntivi come diodi, condensatori ecc.?

Bene puoi realizzare qualsiasi componente elettronico da solo silicio .

Il silicio ha caratteristiche interessanti. Il silicio drogato è un semiconduttore , il che significa che può produrre resistori , poiché qualsiasi conduttore normale ha una resistenza. Può anche essere usato come filo, anche se non molto efficiente. In pratica verrà utilizzato il polisilicio , ad esempio i chip 8087

... è costituito da una minuscola matrice di silicio, con regioni del silicio drogate con impurità per dare loro le proprietà dei semiconduttori desiderate. Sulla parte superiore del silicio, il polisilicio (un tipo speciale di silicio) formava fili e transistor. Infine, uno strato di metallo sulla parte superiore ha collegato i circuiti

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

Mettere insieme i semiconduttori NP crea un diodo , perché questa è la struttura dei diodi. Mettere insieme PNP o NPN rende transistor . Quando si combina con l'ossigeno diventa biossido di silicio che non conduce più e può essere utilizzato per creare l'area intorno ai fili e agli elementi conduttori.

condensatori sono anche molto facili da creare, solo un isolante (biossido di silicio) come dielettrico tra 2 piastre conduttive (silicio).

Con transistor, resistori e condensatori è possibile creare un opamp che può quindi essere utilizzato per simulare un induttore senza alcuna bobina, con ancora meno area consumata rispetto a una vera bobina di induzione. Fantastico, vero?

Sopra è uno dei modi per creare un'induttanza simulata. Puoi trovare altri modi per farlo nei riferimenti seguenti

• Convertitore di impedenza generale
• Perché gli amplificatori operazionali sostituiscono gli induttori (L) nei filtri attivi?
• Crea un induttore di potenza variabile simulato usando amplificatori operazionali standard
• Induttanza simulata
• Simulazione dell'induttanza mediante opamp, filtri del secondo ordine, approssimazione di Butterworth

Naturalmente, se hai bisogno di più induttanza o capacità, potresti comunque dover utilizzare una bobina o un condensatore esterno separato.

Sì, il processore è realizzato interamente con transistor e fili.

Dipende da cosa intendi per "componente elettronico" e "CPU". Se lo si limita ai dispositivi a semiconduttore e all'unità di elaborazione vera e propria, allora sì, una CPU è composta da transistor.

Se si includono IO, si hanno alcuni transistor a tensione più elevata e diodi clamp, oltre alle celle di protezione ESD (che possono utilizzare transistor e / o diodi). Se si autorizzano componenti passivi, sono presenti cavi in ​​metallo o polisilicio. Naturalmente, anche i diodi possono essere realizzati con BJT.

Transistor e fili sono gli unici componenti su molti circuiti integrati, inclusi molti chip CPU.

Alcuni microprocessori hanno altri componenti sullo stesso chip del processore.

Se includi l'intero chip, potresti avere un numero qualsiasi di componenti analogici: diodi per la misurazione della temperatura, convertitori da analogico a digitale, regolatori di tensione LDO, oscillatori a cristallo, amplificatori di rilevamento per memoria e (forse più comunemente) circuiti di reset all'accensione . Questi utilizzano componenti passivi. I resistori sono i più comuni e sono disponibili in molti tipi diversi:

• Polisilicio: bassa resistenza, tolleranza accettabile, utilizzata anche per i fili
• N-well - Alta resistenza, terribile tolleranza e tempco
• Diffusione - Gentile mediocre
• Cose strane come resistori di tempco negativi

I condensatori tendono ad essere molto più grandi dei resistori. Sono fatti di pile di semiconduttori di ossido di metallo o poli-ossido-poli. È inoltre possibile utilizzare la capacità di giunzione PN o la capacità tra fili paralleli in uno strato metallico.

Gli induttori sono in genere troppo grandi per essere utilizzati in tutti i circuiti tranne quelli ad alta frequenza (> 1 GHz). Sono fatti da spirali di metallo.

Esistono anche transistor extra speciali come quelli utilizzati nella memoria flash e nella DRAM. Quelli sono sicuramente in una classe a parte.

Non esiste un componente del genere come "transistor ideale" nel mondo reale. Un transistor è anche un resistore, un condensatore, un paio di diodi, un diodo Zener a bassa tensione, ecc. Tutti questi effetti collaterali partecipano al lavoro della CPU, anche se alcuni di essi potrebbero essere indesiderati (elementi parassiti).

Quindi la CPU non può essere realizzata da "transistor ideali", ma i transistor del mondo reale possono essere sostituiti con altri elementi necessari. Tuttavia, in alcuni casi questo non è ottimale in quanto resistori o condensatori dedicati sono più semplici e offrono prestazioni migliori.