CPU、顯示卡為何全是方形?不做圓形或心形?揭開晶片背後冷知識

撰文:中關村在線
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不管桌上電腦,手提電腦,還是手機,我們會發現裏面的CPU都是方形(矩形)的,而且毫無例外的是,顯卡的核心,內存的顆粒,SSD的閃存顆粒也都是方形的,那為什麼大家都這麼默契選擇了方形,而不是三角形或者六邊形呢?

目前主流的晶片都是從晶圓而來的,硅原子會圍繞籽晶有序排列,最終形成近乎完美的圓柱體,切割後便成為圓形晶圓。晶圓上佈滿了數個相同的晶片(Die),這些晶片必須通過切割與晶圓分離。

晶圓(中關村在線提供)

為了最大限度地利用晶圓,在切割的時候就要用能夠鋪滿晶圓的圖形,那麼類似於圓形,正五邊形這樣的圖形會有很大的浪費,對於成本高昂的硅晶圓而言是無法接受的,於是就被排除掉了,剩下的圖形就是矩形,三角形和正六邊形。

CPU、顯示卡為何全是方形?(AI生成圖片)

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切割工藝包括機械切片和激光切片,原理和用玻璃刀切割玻璃類似,所以需要一刀到底,即使是激光切片,為了避免晶圓斷裂,也要儘量保持直線切割,所以正六邊形也不可取。

那如果有財大氣粗的客戶想要圓形,甚至桃心形的CPU,不在乎良品率,那是不是就能擺脱方形了呢?這就涉及到了晶片的內部設計。方形設計使得電路設計師可以採用正交佈線策略,即水平與垂直走向的導線交替排列在不同金屬層中,這種結構不僅簡化了設計自動化工具的工作,還優化了信號傳輸路徑。

此外,CPU在工作時,需要精確地同步時鐘信號,而方形的設計簡化了時鐘分佈網絡的設計,降低了不同區域間的時序偏差,可以確保時序一致性,所以方形的CPU設計幾乎就是必然了。

這裏有必要再說一句,我們看到的台式機CPU並不是核心,而是CPU的封裝,除了保護CPU核心之外,還可以起到屏蔽外部信號的干擾,阻擋環境對晶片腐蝕的作用,同時便於運輸和安裝。

而CPU的封裝採用方形,和內部的電路設計有關,方形不僅可以更好地設計和佈設電路,也可以更方便地設置針腳,現在的CPU針腳已經超過了1000個,如果採用其他形狀,主板這裏的佈線又要麻煩很多,所以方形就成了最為常見的形狀。

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