CPU 由几亿个晶体管组成，如果坏一两个会如何，是否有容错机制？
咱们来聊聊这个话题，尽量说得详实点，不带点机器味儿。
首先得明白，晶体管是 CPU 的基本构件。它们就像微小的电灯开关，通过控制电流的有无来执行逻辑运算。一个指令的完成，需要成千上万甚至上百万个晶体管协同工作，按照精确的时序进行开关切换。
当一两个晶体管“罢工”时，会发生什么？
这得看是哪个晶体管坏了，以及它坏在什么状态。
情况一：关键逻辑路径上的“致命错误”
想象一下 CPU 内部有一条负责计算乘法核心路径，这条路径上的某个晶体管突然发生永久性损坏（比如短路或断路）。这就像一条高速公路上的一个关键交通信号灯突然失灵，所有依赖这条信号灯协调的车辆都会受到影响。如果这个坏掉的晶体管是某个核心算术逻辑单元（ALU）中的一个，那么该 ALU 在执行特定指令时可能会出错。这种错误如果不被及时发现并纠正，就会导致计算结果不正确。在最坏的情况下，这种错误可能会扩散，影响到其他正在进行的计算，最终导致程序崩溃、系统死机，或者产生一些奇怪的、无法解释的错误。有时候，你可能会遇到程序运行到一半突然卡住、闪退，或者数据出现乱码，这背后就有可能是某个晶体管故障在作祟。
情况二：非关键路径上的“小瑕疵”
CPU 内部有很多区域，并非所有区域都承担着同样核心的计算任务。有些晶体管可能负责一些辅助功能，或者只是控制某些缓存区域的读取。如果这些非关键部分的晶体管坏了，影响可能就没那么严重。比如，可能导致一个非常罕见的指令执行速度稍微变慢，或者某个缓存区域的数据偶尔出现损坏。这些细微的错误，如果不是被极其严苛的测试软件捕捉到，用户可能根本感觉不到。系统可能会继续运行，只是在极少数情况下才会表现出异常。
情况三：间歇性故障
还有一种情况是晶体管的故障不是永久性的，而是间歇性的。这可能跟温度、电压波动有关。比如在 CPU 高负荷运转，温度飙升时，某个晶体管的状态会变得不稳定，偶尔输出错误的信号。这种故障更难诊断，因为它不是持续存在的，只有在特定的条件下才会出现。它可能导致程序偶尔出错，或者系统在某个特定操作时突然变得不稳定。
CPU 的“容错机制”—— 它有吗？以及有多强大？
是的，现代 CPU 设计中确实包含了一系列容错机制，但它们并非像我们想象中那样，能够完美地修复每一个损坏的晶体管。这些机制更多的是一种“带病运行”的策略，尽力减少故障带来的影响，并延长 CPU 的可用寿命。
1. 冗余设计（Redundancy）
这是最根本的容错思路之一。在一些关键的计算单元或数据通路中，可能会存在某种形式的冗余。
指令级并行与超标量（InstructionLevel Parallelism & Superscalar）: 现代 CPU 可以同时执行多条指令。如果某条指令的某个执行单元稍有问题，但其他并行执行的指令不受影响，整个系统仍能继续运作。
缓存的 ECC（Error Correction Code）: 缓存是 CPU 高速存储数据的地方，它的数据也是存储在晶体管中的。为了防止数据在缓存中发生错误（通常是由于宇宙射线或者微小的电磁干扰引起的“单比特翻转”，有时也可能是晶体管本身不稳定），很多高性能 CPU 的缓存会采用 ECC 技术。ECC 不仅仅是检测错误，还能在一定程度上纠正错误。它通过在每个存储单元（通常是 8 位数据）附加额外的校验位来实现。当读取数据时，ECC 会计算校验位并与存储的校验位进行比较。如果发现错误，它不仅能报告有错误发生，还能根据校验规则推算出是哪个位出了问题，并将其纠正过来。虽然这主要针对数据错误而非指令逻辑错误，但它极大提升了 CPU 内部数据处理的可靠性。
功能单元的冗余（Function Unit Redundancy）: 在一些非常重要的计算单元，例如乘法器或加法器，可能会设计成包含多个完全相同的子单元。如果其中一个子单元出现故障，其他子单元仍然可以完成计算任务。系统可以通过比较不同子单元的计算结果来检测出错误。一旦检测到不一致，就可以剔除那个有问题的子单元，并使用健康的子单元继续工作。这种方式能够保证计算的正确性，但会增加芯片的面积和功耗。
2. 错误检测与报告（Error Detection & Reporting）
CPU 内部有大量的监控逻辑，负责检测各种异常情况，包括数据错误、时序违规等。当检测到错误时，CPU 会采取一些措施：
异常处理（Exception Handling）: 如果错误发生在需要高精确度的计算中，CPU 会生成一个异常信号，操作系统会捕获这个异常，并尝试处理。这可能表现为程序崩溃、重启，或者尝试使用备用方案重新计算。
硬件错误报告（Hardware Error Reporting）: 一些高级的 CPU 会将检测到的硬件错误记录在特定的寄存器中，供操作系统或固件读取，以便进行故障诊断。这对于服务器级别的 CPU 尤为重要，可以帮助管理员及时发现并替换有问题的处理器。
3. 动态频率调整与状态保存（Dynamic Frequency Scaling & State Saving）
这是一种更间接的容错方式。如果 CPU 某个核心因为温度过高或某个晶体管不稳定而出现错误，现代 CPU 可以动态地降低该核心的运行频率，甚至完全禁用该核心。这可以看作是一种“降级服务”，虽然性能有所下降，但整体系统仍然可以继续运行，而不是直接崩溃。操作系统也可以利用这些信息，将任务调度到其他健康的 CPU 核心上。
4. “死掉”的核（Disabled Cores）
在实际生产过程中，CPU 制造商会进行严格的测试。对于那些在出厂测试中发现有无法修复的晶体管损坏，或者存在严重设计缺陷的区域，制造商会通过特定的熔断（fuse）或者固件设置，将有问题的部分（比如一个或多个核心）禁用掉。你购买的 CPU 可能在出厂时就已经有“阉割”过的核心，只是你不知道而已。比如一个标称八核的 CPU，可能内部有九个核心，其中一个在测试中发现有问题就被封锁了。这样一来，即使在日后使用中，原本健康的、但隐藏了某些微小问题的晶体管终于“显形”，也可能不会立即导致整个 CPU 报废，而是会触发系统将任务转移到其他正常的区域。
总结一下：
CPU 确实由海量的晶体管构成，坏了一两个晶体管是“有可能发生”的。当发生时，其影响程度取决于坏在哪里、以及是以何种方式损坏。
CPU 并非完全没有容错机制。ECC 内存、冗余设计（虽然不像服务器 ECC 那样普遍用于核心逻辑），以及错误检测和报告都是它的“保护伞”。然而，这些机制并非万能，它们更多是为了“带病运行”和减少影响，而不是像软件那样能够“自我修复”所有的硬件损坏。
对于消费级 CPU 来说，大部分情况下，即使有极少数晶体管出现问题，也可能因为不是关键路径、或者错误是间歇性的，或者被操作系统通过某种方式（如重启、任务迁移）绕过而不会被用户察觉。但如果故障发生在关键的计算单元，或者损坏是永久性的且影响范围较大，那么就可能导致系统不稳定、程序错误，甚至最终需要更换 CPU。
可以说，现代 CPU 在设计上已经考虑到了晶体管的固有缺陷和生产过程中的不可避免的微小瑕疵，并通过各种技术手段，尽可能地让它在面对这些“小麻烦”时，依然能够提供相对稳定和可靠的计算服务。就像一辆汽车，即使某个传感器坏了，它可能依然能开，只是有些辅助功能无法使用了，而不会立刻抛锚。
网友意见
IBM在它位于纽约州奥尔巴尼（Albany）的芯片制造研究中心研发的2nm 芯片每平方毫米可容纳 3.33 亿个晶体管。如果是指甲盖大小（150mm²）的芯片，能容纳500亿个晶体管。
芯片的制造大概有如下步骤：
硅片的制备-->外延工艺-->热氧化-->扩散掺杂-->离子注入-->薄膜制备-->光刻-->刻蚀-->工艺集成等。
每一个步骤又又纷繁复杂的流程并且要求极高，想要保证上百亿个晶体管都是完好的是几乎不可能的事情。就从题主的所说的两方面回答一下这个问题：
1、CPU被做成产品之前被检出缺陷
这一个阶段也就是芯片tape out之后，应用到系统或者产品之前。
事实上，在现在的芯片设计中，在设计之初就已经为芯片的制造，测试，以及良率做考虑了。保证这一步能检测出芯片的缺陷，主要是DFT+ATE来保证。当然也有一些公司会做DFD和DFM。
DFT = Design For Test
DFD = Design For Debug
DFM = Design for manufacture
DFT指的是在芯片的设计阶段即插入各种用于提高芯片可测试性（包括可控制性和可观测性）的硬件电路，通过这部分逻辑，生成测试向量，使测试大规模芯片变得容易的同时，尽量减少时间以节约成本。
DFT--可测性设计，按流程划分，依然属于设计阶段（pre-silicon），只不过是为测试服务的。
而ATE（Auto Test Equipment ）则是在流片之后，也就是post-silicon阶段。
ATE测试就是为了检查制造缺陷过程中的缺陷。芯片测试分两个阶段，一个是CP（Chip Probing）测试，也就是晶圆（Wafer）测试。另外一个是FT（Final Test）测试，也就是把芯片封装好再进行的测试。
CP测试的目的就是在封装前就把坏的芯片筛选出来，以节省封装的成本。同时可以更直接的知道Wafer 的良率。CP测试可检查fab厂制造的工艺水平。现在对于一般的wafer成熟工艺，很多公司多把CP给省了，以减少CP测试成本。具体做不做CP测试，就是封装成本和CP测试成本综合考量的结果。
一片晶圆越靠近边缘，die（一个小方格，也就是一个未封装的芯片）出问题的概率越大。测出坏的芯片根据不同坏的情况不同，也会分bin，最终用作不同的用途。
所以在芯片被做成成品之前，每一片芯片都是经过量产测试才发货给客户的。
2、做成成品出厂以后，在使用过程中坏掉了
就单个晶体管来看，在正常使用过程中，真的那么容易坏掉吗？其实不然。
硅由于物理性质稳定，而且用作芯片的硅是单晶硅，也很难发生化学反应，在非外力因素下，晶体管出问题的概率几乎为零。
即使如此，芯片在出场前，还要经过一项测试，叫“老化测试”，是在高/低温的炉里经过 135/25/-45摄氏度不同温度以及时间的测试，以保证其稳定性。
但是，耐不住有上百亿个晶体管啊...... 所以，还是有坏的概率的。
就算是某个晶体管坏了，就像其他答主所说，会引入容错性设计，容错性设计又可以从软件和硬件两个方面来实施。
比如多核CPU可以通过软件屏蔽掉某个坏的核心，ATE测试后根据不同缺陷分bin的芯片，也会用在不同的产品上，毕竟流片是十分昂贵的。比如Intel的i3，i5，i7等。当然，也不是所有的i3都是i5、i7检测出来的坏片。
再比如存储器中一般存在冗余的信号线和单元，通过检查发现有问题的单元，从而用冗余的模块替换有缺陷的模块，保证存储的正常使用。
比如下面橙色的为冗余的memory，红色的是坏的memory，我们便可以通过算法把红色memory的地址映射到橙色备用的一个memory上。
芯片测试是极其重要的一环，有缺陷的芯片能发现的越早越好。如果把坏的芯片发给客户，不仅损失巨大，对公司的声誉也会造成负面的影响。
在芯片领域有个十倍定律，从设计-->制造-->封装测试-->系统级应用，每晚发现一个环节，芯片公司付出的成本将增加十倍！！！
高质量的测试是由DFT，ATE，diagnosis，EDA等多方面协作完成的，尤其在超大规模集成电路时代，测试变得越来越难，越来越重要，其开销在整个芯片流程中也占有很大的比重。芯片作为工业皇冠上的明珠，所有电子系统的大脑，是万万不能出问题的！
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