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通俗易懂的理解,什么是芯片?

余玉紅 ? 來源:jf_15550837 ? 作者:jf_15550837 ? 2024-08-22 13:32 ? 次閱讀

我們?cè)谌粘9ぷ骱蜕钪校?jīng)常會(huì)使用到各種各樣的電子或電器產(chǎn)品,例如電腦手機(jī)、電視、冰箱、洗衣機(jī)等。

這些產(chǎn)品,如果我們把它拆開,都會(huì)看到類似下面這樣的一塊綠色板子。

wKgaombGt1SAH8qhAAB3mAV2TBo040.png

大家都知道,這個(gè)綠色板子,叫做電路板。更官方一點(diǎn)的名稱,叫印制電路板,也就是PCB(Printed Circuit Board,國外有時(shí)候也叫PWB,Printed Wire Board)。

在PCB上,焊接了很多的電子元器件,例如電容、電阻、電感等。

我們還可以看到,有一些黑色的方形元件。

沒錯(cuò),這個(gè)元件,很可能就是一塊芯片(英文名叫做chip)

█ 芯片的定義

芯片,其實(shí)是一個(gè)比較籠統(tǒng)的叫法。

對(duì)于電子設(shè)備來說,它藏在內(nèi)部,又非常重要,相當(dāng)于汽車的發(fā)動(dòng)機(jī)、人的心臟,所以叫“芯”。從形態(tài)來看,它是一片一片的,所以叫“片”。合起來,就是“芯片”。

wKgZombGtviABVXRAAObiAX7FVw371.png

通常來說,芯片就是集成電路(integrated circuit)。兩者之間可以劃等號(hào),互相換用。

集成電路是比較容易定義的。通過特定技術(shù),將晶體管、電阻、電容、二極管等電子元件集成在單一基板上,形成一種微型電路,就叫集成電路。

如果這個(gè)基板,采用的是半導(dǎo)體材料(例如硅),或者說,集成電路由半導(dǎo)體材料晶圓制造而來,就屬于半導(dǎo)體集成電路。

我們傳統(tǒng)意義上說的集成電路,基本上都是指半導(dǎo)體集成電路。所有,有時(shí)候半導(dǎo)體、芯片、集成電路三個(gè)詞,也經(jīng)?;煊?。

如果細(xì)摳的話,芯片和集成電路也還是有一些區(qū)別的。

部分行業(yè)觀點(diǎn)認(rèn)為:

集成電路是電路,是基礎(chǔ)單元,主要強(qiáng)調(diào)實(shí)現(xiàn)某一功能,例如某一邏輯運(yùn)算。在電路設(shè)計(jì)等場(chǎng)景,會(huì)更多用到這個(gè)叫法。

而芯片,是一個(gè)更宏觀、更產(chǎn)品化的概念。經(jīng)過設(shè)計(jì)、制造、封裝和測(cè)試后,形成的可直接使用的產(chǎn)品形態(tài),被認(rèn)為是芯片。在強(qiáng)調(diào)用途的時(shí)候,人們會(huì)更多采用“芯片”的叫法,例如CPU芯片、AI芯片、基帶芯片等。

也有人將芯片定義為:“包含了一個(gè)或多個(gè)集成電路的、能夠?qū)崿F(xiàn)某種特定功能的通用半導(dǎo)體元件產(chǎn)品”?;蛘哒f,芯片是半導(dǎo)體元件產(chǎn)品的統(tǒng)稱。

相比之下,半導(dǎo)體和集成電路的區(qū)別,更清晰一些:

半導(dǎo)體包括:集成電路+分立器件+光電子器件+傳感器

集成電路和另外三個(gè)的主要區(qū)別,在于集成度。集成電路的晶體管數(shù)量,遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于分立器件、光電子器件和傳感器。另外,襯底材料一般也不一樣。

目前,光電子器件,分立器件和傳感器的市場(chǎng)規(guī)模加在一起,也僅占到全部半導(dǎo)體市場(chǎng)規(guī)模的10%左右。

所以,我們可以說:集成電路是半導(dǎo)體的最重要組成部分。

█ 芯片的分類

芯片是一套實(shí)現(xiàn)特定功能的電路。它具有模塊化的特點(diǎn),可以方便廠商快速地進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)和研發(fā),降低開發(fā)難度,縮短開發(fā)周期。

幾十年來,半導(dǎo)體工藝在摩爾定律的指引下飛速發(fā)展,芯片的尺寸越來越小,里面容納的電路越來越多,使得電子產(chǎn)品的體積、成本以及功耗大幅下降。

它不僅改善了我們的生活品質(zhì),也引領(lǐng)了信息技術(shù)革命,推動(dòng)了整個(gè)人類文明的進(jìn)步。

世界半導(dǎo)體貿(mào)易統(tǒng)計(jì)組織(World Semiconductor Trade Statistics,WSTS)的分類方式較為權(quán)威、官方。他們將所有集成電路類別,分為:模擬Analog)、微型(Micro)、邏輯(Logic)和存儲(chǔ)器(Memory)。

非官方層面,分類就比較隨意。

按照功能,我們經(jīng)常將芯片分為:計(jì)算芯片、存儲(chǔ)芯片、通信芯片、感知芯片、能源芯片、接口芯片。

我們比較熟悉的芯片類型,有以下幾種:

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按照等級(jí),芯片又可以分為消費(fèi)級(jí)、工業(yè)級(jí)、汽車級(jí)、軍工級(jí)和航天級(jí)等。

按照設(shè)計(jì)理念,還可以分為通用芯片(CPU、GPU等)、專用芯片(AISC)。

我們還可以按照工藝制程來分,例如大家經(jīng)常聽說的28nm、14nm、7nm、5nm。

按照半導(dǎo)體材料來分,例如硅(Si)、鍺(Ge)、砷化鎵(GaAs)、氮化鎵(GaN)等。這些我們?cè)诤竺嬷v芯片制造流程時(shí),都會(huì)再介紹。事實(shí)上,現(xiàn)在我們除了電芯片之外,還發(fā)展出了光芯片(例如硅光技術(shù)),用光來代替電流來傳遞信號(hào)。

按照電路屬性,我們還可以分為數(shù)字集成電路、模擬集成電路和混合信號(hào)集成電路。

數(shù)字集成電路,顧名思義,處理的都是數(shù)字信號(hào)。它在我們身邊出現(xiàn)得最多,例如微處理器(CPU、GPU等)、數(shù)字信號(hào)處理器DSP)和微控制器MCU)等,都是數(shù)字集成電路。

模擬集成電路,較多用于傳感器、電源芯片、運(yùn)放等,主要用于模擬信號(hào)的放大、濾波、解調(diào)、混頻等功能。

混合信號(hào)集成電路,是模擬和數(shù)字電路集成在一個(gè)芯片上。大家應(yīng)該能猜到,模數(shù)(ADC)和數(shù)模(DAC)轉(zhuǎn)換芯片,就屬于這類。

審核編輯 黃宇

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