CPU 会因为内部某个半导体晶元坏损,计算出错吗?

2020-12-23 15:24:48 +08:00
 liudaqi
看了下 CPU 的制造原理,硅晶元本质上还是数以亿计的半导体,如果遇到宇宙射线、晶元单位坏损(比如半导体性质改变,成了短路导体、或电阻不导体)这些情况,这样 CPU 计算不会出错吗?

似乎人们在日常工作中,从来没有担心这样的错误出现,是这种错误不会出现?还是有什么机制可以让 CPU 自检吗?
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27 条回复
Yantc
2020-12-23 21:09:05 +08:00
@gam2046 #19 原文:“@Yantc 旁边过火车 全场 MVP 。这种在我以前的认知里,属于玄学的范畴。我只玩过单片机,自己玩的时候,遇到过类似的迷之 bug 。一个外部晶振用作时钟发生器,可是每天都会快一点,一开始我以为是物理误差,后来跑一段时间,每天的误差还不一样。最后发现是只要我家微波炉用的时间越多,误差越大。可微波炉和单片机中间隔了两个承重墙啊....”
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回复:哈哈哈哈哈哈 那看来这种问题还是比较常见的,生活中都能遇到,而不是极端环境。

不过可见那两承重墙里钢筋太少了。。。
IgniteWhite
2020-12-23 21:24:47 +08:00
@Yantc 同补充。我本科上过一门课叫可靠性物理,集中讲了集成电路的可靠性。业界的标准叫 JEDEC,在这个网站里: https://www.jedec.org/

集成电路的可靠性的关键问题有:
器件:栅介质损耗。会导致晶体管漏电
互连:电迁移。在铝互连的年代很严重,现在用铜互连加大马士革工艺有了很大改善
封装:应力,腐蚀。一般看到电脑进水搞坏 CPU,会有这个情况
电路:静电放电
器件和电路:辐射效应。专业名词叫 SEE,单电子效应。我大四时候做过一个短项目,用 TCAD 模拟 alpha 粒子射入 SRAM 单元后,引发的载流子雪崩式影响。主要是考虑卫星上的芯片,地面上的芯片的辐射量达不到这个阈值。

我最近了解过 SpaceX 的飞控芯片,他们尤其要考虑辐射和可靠性。飞控芯片一般由 Intel 大约每十年设计一代,技术节点大概在 130nm 以上,来保证可靠性,封装方面也是耐辐射,耐腐蚀。代码上一般都是 C 。

SpaceX 的猎鹰九号一级火箭因为不用离开大气层太远,用的不是这种昂贵的芯片,而是相对普通的地面上用的芯片,他们用三个完全相同的芯片,同时运行相同的指令,每次出来结果就进行比较,如果有一个不同,就重新计算。如果计算若干次,有一个始终与其他的不同,就使用另两个的计算结果。
IgniteWhite
2020-12-23 21:39:09 +08:00
@gam2046 应该是微波会让极性分子周期性改变指向。对于含水的食物,水分子旋转摩擦生热。晶振里的 SiOx 共价晶体整体上是有取向的,在微波通过时会有周期性的应力变化,改变了压电效应的震荡频率
D0n9
2020-12-23 21:46:39 +08:00
宇宙射线对计算机讯号传递的错误率有多大影响? https://www.zhihu.com/question/30743975
ThirdFlame
2020-12-23 21:53:36 +08:00
@IgniteWhite 邬江兴院士的拟态 是 异构三个不同的环境,进行相同运算,如果结果相同,则通过。有一个不同,就忽略这个不同的,并且重置这个不同的。 同时想到了 EVA 的 MAGI,但是它是有一个反对,就反对
yolee599
2020-12-24 08:38:33 +08:00
有纠错算法。建议了解一下二维码的原理,也有纠错算法
kangyue9999
2023-05-24 10:23:51 +08:00
第一,你指的损坏是说的是制造的时候吗,因为从晶圆制造之后就会测试,然后切割以后也会测试,封装之后依然会测试,所以你拿到有问题或者体质差的 CPU 核心的概率很小。
第二,不同于存储器的 bist 可以实现重新映射,如果关键的寄存器出现绝对的损坏的话,那么肯定是会导致异常啊(包括死机之类的),但是这种故障导致的原因往往是供电网络短路之类的,所以不会出现只一个寄存器出现故障,而是一定是大面的故障
第三,另外一种是由于 em 导致器件老化,现象是 setup hold time 可能变长,那这种情况电路会适当降频来保证电路功能正常。所以可能会出现电脑变卡,但是往往不至于直接导致异常

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