昨天我们看上海进博会谈到ASML，谈到其EUV的相关技术，今天谈谈如何将几十亿个晶体管组成一颗逻辑器件，例如 CPU。

为了方便工程师观看，我们针对本期视频并处理添加了中、英文字幕供大家参考。如果想看高清视频建议要在电脑上打开上面的视频链接进行观看！创作不易，欢迎分享到朋友圈或者与朋友讨论！如果想搬运我们的视频请告知我们。

从乐高颗粒到超级大脑：CPU里的上百亿个晶体管是怎样“搭建”的？

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在一颗现代 CPU 里，藏着数十亿个晶体管。 它们像无数个微缩的“乐高颗粒”，被精确地堆叠、连接，最终变成计算机的大脑。

但这些纳米级的元件——比一根头发还要细上几万倍——究竟是如何组合成强大的处理器呢？

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一、从一个晶体管开始

每一个晶体管都像是一扇可控的门。 当电信号“开门”时，电流就能通过；“关门”时则被阻断。 在视频中，它被比喻成一个水龙头——N 型与 P 型晶体管一个开、一个关，互补成对。

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二、逆变器：最小的“逻辑砖块”

最简单的逻辑电路叫 逆变器（Inverter）。 它只由两个晶体管组成：一个 N 型，一个 P 型。 输入电压为 1 时，输出为 0；输入为 0 时，输出为 1。 这就是最小的逻辑翻转单元。

工程师把这种结构称作标准单元（Standard Cell）—— 它就像乐高中的一块基础积木。

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三、再往上：从“门”到“单元”

把多个晶体管按不同方式串联、并联，就能得到：

这些逻辑门正是所有计算的基础。 一个 XOR 可能要用上十个晶体管。

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四、标准单元如何组成宏模块

一个标准单元只执行最小逻辑， 多个单元组合，就形成更复杂的结构——称为宏单元（Macro）。 例如：

一个 32 位乘法器宏单元由约 6100 个标准单元组成。

再往上，这些宏单元构成算术单元、寄存器、缓存…… 一步步拼成整个处理器内核。

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五、纳秒之间的速度奇迹

一个逻辑门翻转一次仅需几皮秒（10⁻¹² 秒）。 而数千个单元的信号在电路中传递完成，也只需200 皮秒左右。 亿万个这样的“开关”同时协作，就成了每秒数十亿次的运算。

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六、让它们“连起来”的金属世界

视频提到：芯片里看似空的部分，其实被绝缘材料和金属导线填充。 铜、钨、铝等金属负责信号互连。 这些导线在 10 多层金属层中纵横交织，把数十亿个单元连成一体。

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七、结尾：复杂，却优雅

这就是 CPU 的奇迹：

微观的世界，搭建了我们的数字宇宙。

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一句话总结： 一个 CPU，是由无数个“翻转 0 与 1”的微型门电路组成的庞大城市。 每个晶体管都在用亿分之一秒的节奏，维持数字世界的律动。

• 晶体管像沙粒一样渺小，

• 逻辑门像乐高积木一样可拼，

• 数十亿个元件共同协作，

• 让你能打开网页、编辑图片、看电影。

• NAND 门：两个输入都为 1 时输出 0；

• NOR 门：两个输入都为 0 时输出 1；

• XOR 门：输入不同才输出 1。

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