¿Es el transistor el único componente electrónico en una CPU?

Los bloques lógicos y las memorias pueden estar hechos solo de transistores. La pregunta importante es: ¿todos los circuitos de las CPU son bloques lógicos y memorias, o hay algo más?

La respuesta es que siempre hay otros circuitos. Aquí hay unos ejemplos:

• Los circuitos de protección ESD a menudo usan diodos y resistencias
• Condensadores de derivación internos : en realidad, estos pueden fabricarse solo a partir de puertas de transistores, pero a menudo también se fabrican en las capas de metal.
• Los bloques analógicos, como los reguladores LDO internos, las referencias de banda prohibida, los comparadores de encendido y reinicio, etc., generalmente se implementan mejor con algunas resistencias entre los transistores. Puede ser posible deshacerse de las resistencias y usar transistores al 100 % en algunos de estos casos, pero no es necesariamente óptimo.
• Los osciladores internos pueden usar circuitos de tanque de inductor-condensador (LC) (aunque los inductores son tan grandes que no son rentables en las CPU modernas de uso general).
• Etcétera etcétera.

Creo que hay que verlo al revés: las CPU se hacen con pasos (implantación, litografía, grabado, deposición de materiales). Si diseña los pasos y las capas de cierta manera, obtiene una pareja CMOS (MOSFET tipo N a la izquierda, MOSFET tipo P a la derecha), útil para hacer inversores y luego iniciar toda la lógica, para eventualmente construir todo el Bloques lógicos de la CPU.

Pero las CPU necesitan otros tipos de dispositivos, para ESD o integración de memoria o lo que sea. Para eso, puede diseñar las capas de otra manera y obtener resistencias (usando las capas de polisilicio o el sustrato dopado), haciendo una línea larga de material:

Este es el quid de lo que hizo que la tecnología de IC planar fuera una idea tan disruptiva: a partir de simples pasos, puede construir (casi) cualquier cosa.

La mayoría de los componentes de una CPU son transistores, pero se pueden fabricar otros componentes.

Un diodo está hecho de una unión PN o de una unión semiconductora metálica con un nivel adecuado de dopaje en el semiconductor.

Se puede hacer una resistencia con una tira larga de material (posiblemente metal en una de las capas de metal, posiblemente semiconductor en una capa de semiconductor).

Un condensador puede estar formado por dos materiales conductores con una fina capa aislante en el medio (similar a la puerta de un mosfet pero más grande).

El problema con las resistencias y los capacitores es que no hay una buena manera de generar valores grandes en un circuito integrado. A menudo, una resistencia o un condensador pueden terminar ocupando la misma área que muchos transistores. A menudo es más barato en términos de área de silicio usar un transistor especial en lugar de una resistencia.

No, también hay diodos, resistencias, capacitores e inductores y quizás otros también.

Pero, ¿cómo se agregan componentes adicionales como diodos, capacitores, etc. a la CPU?

Bueno, puedes hacer cualquier componente electrónico solo con silicio .

El silicio tiene características interesantes. El silicio dopado es un semiconductor , lo que significa que puede hacer resistencias , porque cualquier conductor normal tiene una resistencia. Incluso puede usarse como cables, aunque no es muy eficiente. En la práctica se utilizará polisilicio , por ejemplo los chips 8087

... consiste en un diminuto troquel de silicio, con regiones del silicio dopadas con impurezas para darles las propiedades semiconductoras deseadas. Encima del silicio, el polisilicio (un tipo especial de silicio) formó cables y transistores. Finalmente, una capa de metal en la parte superior conectó el circuito

http://www.righto.com/2018/09/dos-bits-por-transistor-alta-densidad.html?m=1

Poner semiconductores NP juntos forma un diodo , porque esa es la estructura de los diodos. Poner PNP o NPN juntos hace transistores . Cuando se combina con oxígeno, se convierte en dióxido de silicio, que ya no es conductor y se puede usar para hacer el área alrededor de los cables y elementos conductores.

Los condensadores también son muy fáciles de crear, solo un aislante (dióxido de silicio) como dieléctrico entre 2 placas conductoras (silicio).

Con transistores, resistencias y condensadores, puede crear un amplificador operacional que luego se puede usar para simular un inductor sin bobina, con un área consumida incluso menor que una bobina de inducción real. Genial, ¿no?

Arriba hay una de las formas de crear una inductancia simulada. Puede encontrar más formas de hacerlo en las siguientes referencias

• Convertidor de impedancia general
• ¿Por qué los amplificadores operacionales reemplazan los inductores (L) en los filtros activos?
• Cree un inductor de potencia flotante simulado utilizando amplificadores operacionales estándar
• Inductancia simulada
• Simulación de inductancia usando amplificadores operacionales, filtros de segundo orden, aproximación de Butterworth

Por supuesto, si necesita más inductancia o capacitancia, es posible que deba usar una bobina o un capacitor externo por separado.

Depende de lo que entienda por "componente electrónico" y "CPU". Si restringe eso a los dispositivos semiconductores y la unidad de procesamiento real en sí, entonces sí, una CPU está hecha de transistores.

Si incluye IO, tiene algunos transistores de mayor voltaje y diodos de sujeción, además de celdas de protección ESD (que pueden usar transistores y/o diodos). Si permite componentes pasivos, tiene cables hechos de metal o polisilicio. Por supuesto, también se pueden fabricar diodos a partir de BJT.

Los transistores y los cables son los únicos componentes de muchos circuitos integrados, incluidos muchos chips de CPU.

Algunos microprocesadores tienen otros componentes en el mismo chip que el procesador. Si incluye todo el chip, es posible que tenga varios componentes analógicos: diodos para medir la temperatura, convertidores de analógico a digital, reguladores de voltaje LDO, osciladores de cristal, amplificadores de detección para la memoria y (quizás lo más común) circuitos de reinicio de encendido . Estos utilizan componentes pasivos. Las resistencias son las más comunes y vienen en muchos tipos diferentes:

• Polisilicio: baja resistencia, buena tolerancia, también se usa para cables
• N-well - Alta resistencia, terrible tolerancia y tempco
• Difusión - Tipo mediocre
• Cosas raras como resistencias tempco negativas

Los condensadores tienden a ser mucho más grandes que las resistencias. Están hechos de pilas de metal-óxido-semiconductor, o poli-óxido-poli. También puede usar la capacitancia de unión PN o la capacitancia entre cables paralelos en una capa de metal.

Los inductores suelen ser demasiado grandes para usarse en cualquier circuito que no sea el de frecuencia más alta (>1 GHz). Están hechos de espirales de metal.

También hay transistores extra especiales como los que se usan en la memoria flash y DRAM. Esos son definitivamente en una clase propia.

No existe un componente como el "transistor ideal" en el mundo real. Un transistor es también una resistencia, un condensador, un par de diodos, un diodo Zener de bajo voltaje, etc. Todos estos efectos secundarios participan en el trabajo de la CPU, incluso si algunos de ellos pueden ser no deseados (elementos parásitos).

Por lo tanto, la CPU no podría fabricarse con "transistores ideales", pero los transistores del mundo real pueden sustituirse por otros elementos necesarios. Sin embargo, en algunos casos esto no es óptimo ya que las resistencias o condensadores dedicados son más simples y funcionan mejor.