问题

低级芯片真的就是高级芯片的残次品吗?

回答
关于“低级芯片真的是高级芯片的残次品吗?”这个问题,答案并非简单的“是”或“否”。事实上,这其中涉及到一个复杂而精妙的制造和市场策略过程。我们可以深入探讨一下,为什么会有这样的说法,以及现实情况到底是什么样的。

一、 为什么会有“残次品”的说法?

这种说法的根源,其实在于芯片制造过程的本质。芯片生产,尤其是先进处理器(如CPU、GPU)的生产,是一个极其复杂、对精度要求极高的过程。就像我们在工厂里生产任何精密的产品一样,不可能每一件产品都完美无缺。

1. 良率(Yield)是关键: 在半导体制造厂(Foundry)里,生产过程中会产生各种微小的缺陷。这些缺陷可能出现在芯片的某个功能单元,或者影响到它的性能。为了获得更高的良率(即生产出合格产品的比例),制造商会设定一系列的性能标准。

2. 性能测试与分级(Binning): 每一块制造出来的芯片,都要经过严格的性能测试。这个过程叫做“Binning”(分级)。测试人员会评估芯片的运行速度、功耗、稳定性和其他关键指标。

最高级别: 能够以最高频率稳定运行,功耗最低,而且所有功能单元都完美无缺的芯片,会被归类为最高等级的产品,通常卖得最贵。比如,某一代CPU中频率最高的型号。
次之: 那些性能稍逊一筹,可能只能稳定运行在较低频率,或者功耗略高,但依然满足基本功能的产品,就会被划为次一级别的产品。
再往后: 还有一些芯片,可能某个小区域的晶体管有缺陷,导致它无法运行某个特定功能,但其他大部分功能都能正常工作。或者,它的性能只能达到某个基础水平,无法满足高端需求。

3. “残次品”的定义模糊: 这里的“残次品”并不是说芯片完全坏掉、无法使用。更多的是指“未达到高端标准”的芯片。

二、 低级芯片是“残次品”吗?——更准确的说法

与其说是“残次品”,不如说是“未达到预期的最高性能标准,但仍有商业价值的产品”。

1. 并非完全报废: 绝大多数情况下,那些被划分为“低级”的芯片,并非是生产线上报废的“废品”。它们通过了基本的测试,能够正常工作,只是它们的综合表现(如最高运行频率、能耗比、某些特定指令集的效率等)不如更高级别的型号。

2. 定向设计与市场区分: 芯片制造商非常清楚这一点。他们并不会刻意去“制造”残次品。他们的设计目标是生产出能够覆盖不同市场需求的多种产品。

高端产品(“满血版”): 追求极致性能,愿意为此支付溢价的消费者或企业。
中端产品: 性能足够,价格适中,是市场的主力军。
低端产品(“阉割版”、“入门级”): 满足基本功能需求,价格敏感的消费者。

为了实现这一点,制造商会在设计和制造过程中就考虑不同级别的产品。例如,一个高端CPU的设计,它可能集成了大量的核心、巨大的缓存、强大的集成显卡。在制造出来后,通过“功能屏蔽”(Disable Functionality)的技术,他们可以决定:

屏蔽核心: 将一部分CPU核心禁用,变成一个核心数更少的产品。
屏蔽缓存: 禁用部分L3缓存,降低缓存容量。
屏蔽GPU单元: 降低集成显卡的性能,或者完全禁用它。
限制频率: 通过BIOS或固件设定一个较低的最高运行频率。

这样做的好处是,一块原本可能性能稍弱的芯片,可以通过屏蔽掉有缺陷的部分,或者限制其性能,使其能够以一个较低的档次销售,从而提高整体良率,实现经济效益的最大化。

三、 举例说明

Intel Core i9 vs. i7 vs. i5 vs. i3: 许多情况下,同代 i5 和 i3 芯片,其基础架构可能与 i7 和 i9 相似,甚至在同一批次的晶圆上生产。通过不同的核心数量、缓存大小、时钟频率和部分功能的启用/禁用,就形成了不同的产品线。理论上,某些 i5 甚至能超频到 i7 的水平(虽然风险较高,且通常不被官方支持)。
NVIDIA GeForce RTX 4090 vs. 4080 vs. 4070: 高端显卡的设计往往包含成千上万个流处理器(CUDA Cores)、大量的显存。制造商会根据测试结果,将某些屏蔽了部分流处理器、显存位宽或者显存容量的芯片,划分到较低等级的显卡型号上。

四、 总结

所以,说低级芯片是高级芯片的“残次品”是不完全准确的,但也有其合理性。

不是绝对的残次品: 它们不是功能完全丧失的废品。
是性能分级的产物: 它们是制造过程中,在性能测试后,未达到最高标准,但通过功能屏蔽或限制,依然可以作为有商业价值的“次品”。
是市场策略: 芯片制造商通过这样的分级和销售策略,最大化了生产效率和盈利能力,也满足了不同消费者的需求。

可以说,低级芯片是“被精选和“降级””出来的产品,而不是单纯的“坏掉”的产品。这是一个高度优化和精明的商业运作。

网友意见

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芯片制造厂芯片以晶圆为单位进行流水化的工艺,完成所有的工艺步骤之后,晶圆就要进入良率测试环节。同一片晶圆中有的芯片是合格的,有的芯片是不合格的。测试目的就是选出合格的芯片,淘汰不合格的芯片。这个过程就像是征兵工作中的体检,多项体检指标合格的面试者才是可用之才。

如何进行芯片的测试呢?这时就要用到芯片测试机。

芯片测试:判定芯片的“生”与“死”的分水岭

芯片测试机中,一个重要的组成部分就是芯片测试卡。芯片测试卡中有很多微针结构。在测试的时候,这些微针结构与芯片上固定的位点(所谓的bondpad)接触,依靠这种接触完成电信号的输入与读取。测试完成一个芯片,再测试另外一个芯片。依次完成一片晶圆中所有芯片的测试。

上面的动图中,虽然探针卡与芯片只接触了不到一秒,但是就在那不到一秒钟中,它可以完成成百到上万种电信号的测试。比如A回路的电流,B回路的电压,C回路的电容,晶体管的输入输出延迟等等,就跟体检中需要完成视力,听力,血压等多种测试一样。当然,具体测试什么内容,是要根据芯片的功能与目标来决定的。

感兴趣的朋友可以观看这个芯片测试的完整视频。

需要注意的是,只有当所有的电学信号满足要求,才认为它通过了电路测试,这种芯片我们称之为“活芯片”。只要有一种电学信号不满足要求,则认为它没有通过电路测试,这种芯片我们称之为“死芯片”。良率就是活芯片占所有芯片的百分比。

测试完成后,你就会得到这样一张花花绿绿的测试结果图,不过它代表的结果并不是五彩斑斓般的美好,因为——一些色彩代表死芯片。

假定上图中绿色的代表活性片,其他颜色的代表死芯片,不同的颜色代表不同的“死法”,比如红色代表某回路漏电流过大,蓝色代表某回路击穿电压过小。系统会自动记录这些信息。当晶圆运送到封装厂进行切割与封装时,系统自动剔除死芯片将其报废,而只加工活芯片。

芯片中的“优等生”与“中等生”

活芯片中都是一等一的好货吗?并不是。

因为芯片通过测试环节,只代表它可以按照设计要求完成基本的功能。但是,依旧可以按照重点关注的部分电参数分出个三六九等。

就比如体检中,大多数人都可以拿到结论为健康的体检报告,如果按照重点关注的心率和体脂指标,健康人群中依旧可以分为极其健康和一般健康两类人群。

所以,测试通过的芯片要按照部分电性指标进一步进行等级分类。

对于面向多种市场的芯片,通常的分类做法是:最”健康”的芯片分类为一等货,作为服务器芯片流向企业级市场;中等“健康”的芯片分类为二等货,作为消费级芯片流向电脑、手机等高端消费市场;还算健康但已经离亚健康不远的芯片等级再次之,流向U盘、电子玩具等低端消费市场。

对于面向单一市场的芯片(比如华为请台积电代工的麒麟980芯片,就只有华为的手机在用),良率测试后,由设计方决定是否按照重要电参数进一步分类。

芯片分类背后的资源分配逻辑

有的人可能会问,芯片商为什么将芯片做如此详尽的分类?显而易见,利益最大化。在利益最大化的同时,也照顾了资源的分配,避免了浪费。比如步步高点读机的存储芯片不需要和服务器存储芯片一样快。

产品的性能能满足其使用场景。杀鸡不需要用牛刀。这就是芯片分类背后的基本逻辑。

回到题主的问题:消费市场的芯片型号区别是否是芯片“完美”程度的差别,是有这种可能,但是不能一概而论。不同的厂商有着不同的型号分类方式,有的可能是设计时候就存在一定的参数差别,有的可能是在封装环节存在差别。

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