為什麼CPU不做的大（外形上）一些？（圖）？

01-16

為什麼CPU不做的大（外形上）一些而非要擠在中間一起，在怎麼nm也有上限的吧。
這樣的話那個什麼管的怎麼也上了 T 的單位了吧。
一個臉盆大的CPU加配套設備想想都覺得速度蹭蹭的。。。
換成 GPU的話顯存。。。。。。。
話說我記得DDR1代的時候還是更早的那種黃板子像塑料那種的，CPU就特別大而且還挺輕的，越到後來CPU就越來越小到至今的固定這麼大了。

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為何讓我有種三國時代的窩裡斗的感覺。。。明明世界那麼大，非要搶這麼大點的地盤，成吉思汗就先明多了。。

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反向問題：
既然CPU不能做的大一些，那為什麼不進行疊加的方式呢？（圖）？ - 知乎

把cpu做大簡直是成本和性能上兩頭不討好。

當你的單個die的面積變大，本身wafer的面積和造價是固定的，那麼每一個wafer上的die的數量就會減少。自然的你單個晶元的成本就會變高。wafer的成本本身是很高的，拿2015年的數據來說，samsung的14nm工藝的wafer，每一個需要3291美金。而且考慮到wafer上壞點的問題。如下圖：

左右兩個wafer同樣的壞點個數，由於左邊的die面積更大，導致這個wafer生產出來的4片只有1片是可以使用的，yield只有百分之二十五。而同樣的wafer，右邊的yield就大多了。

再考慮到性能問題。增加cpu的面積會大大增加導線的長度。而增加導線的長度也就增加了電阻，是延時也隨之增加。顯然這是不科學的。

幻想美妙，現實殘酷。CPU製程不變的情況下，堆砌內核必定造成CPU核心Die尺寸的增大，而其對於產品的良率有極大的影響。產品的良率影響到產品的價格，誰也不想看到自己的錢包縮水。下面我們來看一下Die的大小對於良率的影響。

Die的大小與良率（yield）

在前文（CPU製造的那些事之一：i7和i5其實是孿生兄弟！？）中我們介紹了CPU的製造過程，也順便提到了晶圓Wafer。我們都知道CPU的製造過程，一定會用到晶圓Wafer。每個CPU內核Die都是從一個完整的Wafer上面切割下來的：

CPU成本的一個重要考量是每個Wafer能製造多少個Die，並盡量減少浪費。我們就以目前主流的300mm晶圓為例。先假設我們的晶圓出自上帝之手，沒有任何缺陷（Defect）。因為Die一般是長方形或者正方形，所以圓形的Wafer邊緣部分被浪費了，如下圖：

從圖中我們可以看出隨著Die的縮小，浪費的比例也從36%縮小成為12.6%。根據極限知識，我們知道如果Die的大小足夠小，我們理論上可以100%用上所有的Wafer大小。從中我們可以看出越小的Die，浪費越小，從而降低CPU價格，對CPU生產者和消費者都是好事。

回過頭來，晶圓在製造過程中總是避免不了缺陷，這些缺陷就像撒芝麻粒，分布在整個Wafer上：

如果考慮缺陷，Die的大小會嚴重影響良率：

上圖大家可以點開看（圖比較大），其中不太清楚的紅色小點是晶圓的缺陷，在Die很大時，有很大概率它的範圍內會缺陷，而只要有缺陷該Die就報廢了（簡化處理）；在Die比較小的時候，它含有缺陷的可能性就大大降低了。如圖中，隨著Die的減小，良率從第一個的35.7%提高到了95.2%!我們舉個極端的例子，整個Wafer就一個Die，那麼良率只有0%了，生產一個報廢一個。誰還干這麼傻的事！

製程、Die的大小與良率

22nm-&>14nm-&>10nm，每一步前進都會消耗大量的投資，晶元生產廠家還樂此不疲，有很大的原因就是製程提高了，Die也小了（或者同樣大小可以塞入更多的晶體管），良率提高了，也就省錢了。製程提高還能帶來另外的好處，譬如更加省電了，性能更好了等等。

但是更好的製程在最初往往會讓晶圓的缺陷更容易造成嚴重問題，反過來會降低良率。頻率也可能上不去，不得不binned到低頻。同時漏電流的增加會讓待機功耗增加，這也是為什麼最初的14nmCPU比22nm待機功耗更高的原因。

結論

100個內核的CPU是行不通的，至少目前行不通。現在Die尺寸最大的據我所知就是Intel的Knight系列和N的人工智慧板卡，成本非常高。而它們能做那麼多核是因為每個核都很簡單，佔地很小，加起來Die的面積也在可控範圍內。

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1 良品率隨核心面積指數降低，成本指數上升。像你畫的這種核心面積，一塊CPU生產成本得要上百萬美元。你以前看到的那種大板子是古老的slot 1介面，只是把PCB基板做得特別大，實際上核心面積遠遠小於現在的CPU。

2 面積越大布線複雜度越高，信號延遲也越大，性能提升有邊界效應

3 太長的連線不僅延遲高，還會有傳輸線效應，帶來反射之類的問題

4 功耗隨電路面積大體上線性上升，供電、散熱都跟不上

總之就是：成本太高，收益太小，划不來

一片晶圓（就差不多你畫的那麼大的）

成本7000-15000美元。

這只是這片成品晶圓的成本。

如果算上良品率，根據晶元大小，這片晶圓上面有10%-60%是不能用的廢區。

so...這麼大的晶元，你買得起？

上圖是AMD EPYC，巴掌大的CPU已經很牛逼了

給，你要的大號，拿好

1.為了性能好

2.為了成本低

大不是不好，而是價格太可怕。。。看看IBM的Power系列。。。

當然有沒有核心面積大然後討巧了的故事？有啊，蘋果的A系列核心就很大（相對於其它的移動晶元）。。。成本雖然提高了但是人家有這個容納空間

因為現在的package size都沒裝滿啊？

（看題主的圖似乎問的是package size吧？die size的問題請看 @甘一鳴和 @老狼兩位知友的回答，很好很專業）

「好大好實惠」的Ryzen。

然而真相是這樣的

說出來你可能不信，但是CPU的尺度是受到主頻的限制的，因為CPU必須保證自身的尺度要遠小於內部電磁場的波長，否則cpu就不再適用集總電路模型，要用分布電路模型，這種電路就很難設計了。

當然，如果如果cpu內部是是正弦波的話，3*10^8 m/s / 4*10^9 Hz……不到1分米，但是問題在於電子電路內部是方波。

我們知道方波這個東西，它的傅里葉分解是一個很好看的形式，如果高頻項出了問題，那麼方波就會出現「畸變」，比如著名的「振鈴」現象，這個畸變如果太強，就會影響電子電路工作……所以一個指甲蓋大小的晶元已經是極限了。

當然SMP或者NUMA的話，因為核間通信和算術單元不一樣，所以這個離遠了問題不大，但是對於一個核心來說尺度是受限的。

另外一個問題是發熱，顯然電路尺度越大發熱越多，更不利於提高主頻

所以總結一下就是個神奇的事情：cpu尺度越小，最大可能的主頻越高……越小越好……不過cpu這玩意本身就處在擠牙膏狀態了……製程受到量子效應的限制，尺度受到頻率的限制，但是要提高頻率的話，電路規模又要越來越大，就很尷尬了

晶圓很貴的，一個晶圓只能做那麼多cpu你想想，是做大划算還是做小划算

你為什麼不拆成兩個小的晶元呢？

如果相同性能，cpu越大功耗越大，電子要跑的路更長。如果為了性能，cpu越大，內核數越多，性能越好，但還是功耗問題，你不能造個cpu一點就著火吧。因此為了性能提高，得先把功率降低，因此現在相同性能cpu越做越小，相同大小cpu越做性能越大。

當然考慮特殊的降溫系統，可以把cpu做大，那就不是普通風扇能夠解決的，也進不去大眾市場，市場小成本就高了。

另外考慮矽片成本，也是越小越便宜，就跟顯示屏一樣，大屏壞了一點就不能做大屏了，但是可以用來做小屏。這個成本不是線性的，而是指數增加的，面積擴大一倍，成本可能是提供4倍。

電信號似乎是有傳遞速度的，cpu面積太大的話時鐘頻率無法保持同步。良品率我覺得不是問題，畢竟可以屏蔽核心嘛。

amd我說的就是你吶

太大了沒人買得起，良率下降，成本提高，而性能增加也不太多，不划算。

另外，再大也沒有光刻機可以做。

不過樓主的想法還是值得表揚的，這也是技術發展的趨勢，複雜度增加現在主要靠的是線寬縮小。

未來複雜度增加會向3D發展，而不是像現在這樣2D鋪大餅。這樣的話，也許算展開面積的話，有一天真的能夠超過一個臉盆。不過還得等好多年……

以下內容為瞎扯，隨便看看就好

我們先不考慮其他東西，單獨考慮良品率對價格的影響吧。首先我有一個1m*1m的方的晶圓（雖然晶圓應該是圓的），然後它的造價是100萬，然後我把它切成1cm*1cm的小塊，這樣能切1萬個，但是因為良品率的問題，比如只有0.9，所以只有9千個好的，那每個成本就是111元。如果切成2cm*2cm的呢，每塊等於之前4塊，能切2500塊，但要之前4小塊都好的才能用，所以良品率是0.9^4=0.6561，所以只有1640個好的，每個609.66元。臉盆大小大概是20cm*20cm？雖然有400倍的性能，但是那造價嘛，也就800萬億億元吧。

PS：這個數字沒考慮把壞的部分屏蔽掉

PS2：無聊拿科學計算器算了下，如果題主想做一個1m*1m的超大CPU，那成功率是：（保留500位小數）0.9^10000= 0.00000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000002661303427217419791978201712246414371426303

也就是說，平均做1/0.9^10000= 37575572547380305475136167921671925030299010916683785089210940312538464806690317661120689985158748474812867757804389050787137793884529829499756044846038129163368905923322049376188133990643692877004019923561130617431501086227770622899942745325253255734761830492530880405431198035418708788649183284083176201201201126667718658125973615698413326169229884850769864228036601401028448885073413540788659948726596488053963945615879607278355593266023125461666380115707個（保留到整數）個就能成功一個哦

那樣的話硅脂比CPU貴了

先問是不是，在問為什麼