芯片有几十亿个晶体管，错了一个怎么办？该怎么保证可靠性？

许多了解芯片结构的朋友是否都思考过这样一个问题，大型或者高精度芯片的内部有几十亿个晶体管，而且精度控制在几纳米的范围内，比如华为麒麟990 5G处理器，不到一个指甲盖大小的空间里封装了103亿个晶体管。那么 芯片是如何保证其持续且高效地运行的呢？

其实关于这个疑问可以分成两个问题，一是芯片中的几十亿个晶体管是否一个都不能出错？二是芯片如何保持高的可靠性？

芯片中的晶体管是否一个都不能出错？

要想了解这个问题，首先我们要了解芯片的制作过程，芯片的制作过程主要分为三个过程：

     1.首先是晶圆的制作，我们需要将石英砂制成高纯度的单晶硅圆柱体，之后将其切片打磨，制成我们需要的晶圆片；

     2.接着是进行光刻，掩膜，机械，化学处理等过程，著名的荷兰阿斯麦（ASML）光刻机就是靠这个加工过程赚取丰厚利润的；

     3.最后是焊接和管脚处理，塑装，切割，测试等，每一步都需要精细处理，才能制成合格的芯片。

在简单了解了芯片的生产制作过程后，大家应该都了解芯片生产的困难了吧？考虑到芯片原材料的材质，环境状况，人为影响以及设备影响，芯片的制作过程总会出现纰漏，做不到完完全全和设计初衷一模一样。

所以在首先在设计之初，芯片会设计一些多余的晶体管，也就是芯片会预留一些保留区域，假设在制作过程或使用过程中某个晶体管坏掉了，则系统会自动屏蔽掉这一组晶体管，从保留的多余晶体管开发出一组晶体管来取代它。

     当然，保留区域的晶体管数目是有一定限度的，如果使用范围超过这个限度，那么这颗芯片就只能进行降级运行，如砍掉部分处理器件的功能。

再者，芯片制造过程中，产商也会严格把控生产过程，毕竟废品率的居高不下也意味着成本的居高不下。

     所以制造过程的高精密度，例如车间的超净和超静，材料的纯度，减少人工错误提高制造过程的自动化等等。最后在封装测试阶段，也会进行各种检测，确保送到用户手上的产品是能够正常运行的。

芯片为何有如此高的可靠性？

芯片之所以有如此高的可靠性，这还要得益于工业界所积累的一套完整的流程体系所确保的结果。

     我们知道软件代码的开发速度很快，而且可以修修改改，但是硬件不行。产商当前发布的新产品，基本上都是该公司的研发人员两到三年前开始设计，历经2年测试，历经硬件架构师设计，测试工程师测试，找出bug并进行修改，最后由后端工程师将代码转化为实际的电路，进行布局和布线。

     所以相比于软件，硬件不仅耗时长，而且投入大，同时还要保证不出纰漏，自然难度完全不一样。

同时硬件本身就能够在某些错误造成时进行恢复，只要恢复时间够短，一般就不会察觉到系统曾经的失败和错误，也基本上不会影响它们的正常运用。

总结

中国每年都会进口大量高精度的芯片，其中主要原因是中国在高精度芯片的制作上受制于西方各国，从制作晶圆的原材料，到制作工艺过程中用到的高精度光刻机以及各种仪器，中国的技术储备都与西方国家有着较大差距。

      虽然中国现在也在奋力发展芯片技术，上海微电子的国产光刻机技术也有了很大进步，但是离世界一流水准仍然有不小的距离。但是不管怎么说，我们只要了解差距，正视差距，加大科研普及和科研投入，我们就一定能早日制作出真正的从设计到供应链生产都是纯国产的芯片。