理解芯片的分类

那么，芯片技能是如何由开始的不成熟，一步步发展成为本日高科技皇冠上的技能明珠？面对各种各样的芯片，该如何进行系统的分类？本文将为读者梳理芯片的几种分类办法。

芯片是什么

芯片之于电子设备，就如发动机之于汽车，主要性不言而喻。
它可以是一个巨大的家当，在信息时期，芯片是各行业的核心基石，电脑、手机、家电、汽车、高铁、电网、医疗仪器、机器人、工业掌握等各种电子产品和系统都离不开芯片；它也事关国家安全，当代化的战斗机、兵舰或是坦克上都安装有大量的芯片。
芯片不仅代表着高效的运算性能，更是一个国家高端制造能力的综合表示，是环球高科技国力竞争的计策必争制高点。

首先区分几个常见的基本观点：半导体、集成电路、芯片到底是什么，有何差异？

半导体：是指常温下导体和绝缘体之间的材料。
生活中常见的收音机、电视、电子产品等，都与半导体密切干系，个中的电子元器件（电阻，电容，电感，二极管等），大多是半导体材料制造的。
常见的半导体材料包括硅、锗、砷化镓等，芯片常用的半导体材料是硅。

集成电路：是一种微型电子设备或组件。
其采取一定的工艺，将电路中所需的晶体管、电阻、电容、电感等元件与布线互连一起，制作在一小块或几小块半导体晶片或介质基片上，然后封装在管壳中，形成具有所需电路功能的微型构造；所有元件都在构造上形成了一个整体，这使得电子元件朝着小型化、低功耗、智能化和高可靠性迈出了一大步。

芯片：是指内含集成电路的硅片，体积很小，是手机、打算机或者其他电子设备的一部分。
如果说人体最主要的器官是大脑，那么芯片便是电子设备的“大脑”。
芯片又称微电路（microcircuit）、微芯片（microchip），是半导体元件产品的统称，是集成电路的载体，由晶圆分割而成。

事实上，芯片是集成电路封装中的一个较大的半导体芯片，即管芯片。
严格从定义上来说，集成电路≠芯片。
集成电路是通过半导体技能、薄膜技能和厚膜技能制造的；任何以某种封装电路形式小型化某种功能的电路都可以称为集成电路。
其范围比芯片广得多。
芯片是人们以半导体为原材料，对集成电路进行设计、制造、封测后，得到的实体产品。
当芯片被搭载在手机、电脑、平板上之后，它就成了这类电子产品的核心与灵魂。

但从狭义上说，我们日常提到的IC、芯片、集成电路实在并没有什么差别。
平时大家所谈论的IC行业、芯片行业指的也是同一个行业。

芯片及摩尔定律的出身

19世纪30年代到20世纪初，英、法、德、美等国的科学家不断创造半导体存在的诸多特色。
随后，半导体领域开始经历从电子管、晶体管，到集成电路、超大规模集成电路的进程。

一贯到1946年2月14日，天下上第一台电子数字打算机ENIAC（埃尼阿克，The Electronic Numerical Integrator And Calculator）在美国出身。
但其是一个庞然大物，紧张由18000个电子管，1500个继电器，70000个电阻器，10000个电容器，6000多个开关及其它器件进行组成，重达30英吨，占地约170平方米。

1947年12月23日，第一块晶体管在美国的贝尔实验室出身，使晶体管代替电子管成为可能。
20 世纪50年代起，晶体管替代电子管，并终极实现了集成电路和微处理器的大批量生产。

1958年9月12日被视为天下上第一枚芯片的出身日。
这年，德州仪器的工程师杰克基尔比借助已有的几种锗器件，把金属蒸镀在锗管的“发射极”和“基极”上，再用蚀刻技能做成打仗点，然后连接起来，制成了天下上第一块集成电路。
半年后，罗伯特诺伊斯在仙童半导体公司发明了第一个真正的单片式IC芯片，是一种新的集成电路。
诺伊斯的设计是由硅制成的，而基尔比的芯片是由锗制成的。
诺伊斯的单片IC将所有组件放在硅芯片上，并用铜线连接它们，利用平面工艺制造，不仅运算处理性能轶群，而且价格低，对实现大批量生产集成电路具有重大意义。

1966年，美国贝尔实验室利用比较完善的硅外延平面工艺，制造出第一块公认的大规模集成电路。
集成电路的发明是运用需求、技能发展及创新思想共同浸染的结果，开启了以微电子技能为根本的打算机和信息技能迅猛发展的新篇章。

1965年，戈登摩尔（时任仙童半导体公司工程师，后为英特尔联合创始人之一）创造了一个惊人的规律，即在芯片开拓中，同样面积芯片上晶体管数量每隔18-24个月增加一倍。
这意味着芯片的存储容量和打算能力相对付韶光周期在持续呈指数式的上升。
这便是指引了半导体行业超过半个世纪的摩尔定律。
对付摩尔定律的理解，可以从以下三个维度：

1.大小维度：集成同等数量晶体管的芯片，每18-24个月所需的晶圆面积缩小一半；或者每隔18-24个月，相同尺寸硅晶圆上集成的晶体管数量将会翻倍。

2.性能维度：芯片性能每隔18-24个月，就会提高一倍。

3.价格维度：用一美元所能买到的打算机性能，每隔18-24个月翻一倍。

摩尔定律是戈登摩尔的履历之谈。
之以是说是履历之谈，是由于该“定律”并非自然科学的定律，而是戈登摩尔经由长期不雅观察所总结出来的履历。
其预言了芯片的规模和性能。
此后的几十年来，打算机从一间屋子那么大演化成条记今年夜小；每个集成电路上晶体管数量有数十亿个；普通家用电脑运算速率几十亿次，现在的“天河”E级超级打算机每秒钟可以完成百亿亿次的运算。

从1965年到2022年，摩尔定律历经了半个多世纪的光阴，芯片行业也一贯在遵照着摩尔定律的预言在发展。
现在工艺已经逼近“极限”，工艺制程不可能无限缩小，近几年摩尔定律也已经放缓。
但摩尔定律的出身是半导体技能史上的一个里程碑，其在半导体史上永久都是传奇而浓墨重彩的一笔！

芯片的分类

芯片是很多产品的大脑。
以我们常用的手机为例，一部智好手机不单只有CPU一块芯片，手机屏幕显示各种颜色须要屏幕驱动芯片，手机发生发火声音须要音频处理芯片，手机存储照片须要存储芯片，手机指纹识别须要指纹识别芯片，手机有电池须要电源管理芯片……电子产品越来越前辈，但每多一个功能，都须要相应的芯片来完成，那么面对如此多的芯片种类，该如何进行系统的分类？

按照不同的处理旗子暗记分类，芯片分为仿照芯片、数字芯片。

仿照芯片用于生产、放大和处理各种仿照旗子暗记。
数字芯片用于生产、放大和处理各种数字旗子暗记。
什么叫仿照旗子暗记和数字旗子暗记？仿照旗子暗记：大略地说是连续旗子暗记，即连续发出的；数字旗子暗记：是不连续的，离散旗子暗记。
其分类如下：

芯片的分类（按不同的处理旗子暗记）

通用途理器：通用途理器是由海量逻辑电路组成的，它包含了掌握、存储、运算、输入输出等部分，形成了一个完全的数据和信息处理系统。
包括CPU、GPU、DSP、APU等。

存储器：存储器是用于存储数据和信息的芯片。
包含SRAM、DRAM、ROM、Flash等。
存储器也可以设计在CPU、MCU、SoC之中，也被称为嵌入式存储器。

单片系统（SoC）：单片系统便是把一个电子系统全部集成到一颗芯片中。
是面向详细运用领域而设计的专用系统级芯片。
例如汽车电子、医疗设备等。

微掌握器（MCU）：微掌握器是简化版的CPU，一样平常用在较大略的、小型的电子产品或系统中，实现大略的掌握和数据处理任务。

专用集成电路（ASIC）：在集成电路界ASIC被认为是一种为专门目的而设计的集成电路，是指应特定用户哀求和特定电子系统的须要而设计、制造的集成电路。
ASIC的特点是面向特定用户的需求，ASIC在批量生产时与通用集成电路比较具有体积更小、功耗更低、可靠性提高、性能提高、保密性增强、本钱降落等优点。

可编程逻辑器件（PLD）：PLD与一样平常数字芯片不同的是：PLD内部的数字电路可以在出厂后才方案决定，有些类型的PLD大概可在方案决定后再次进行变更、改变，而一样平常数字芯片在出厂前就已经决定其内部电路，无法在出厂后再次改变。
PLD的两种紧张类型是FPGA和CPLD。

电源芯片相称于人类的心脏，可以给身体其他器官供应营养物质。
电源芯片可以给ASIC、DSP、CPU、FPGA及其他数字或仿照负载供电。

旗子暗记链是对从旗子暗记采集（传感器）、旗子暗记处理（放大、缩小、滤波）、模数转换（A/D转换器）、到程序处理（微处理器）这一个旗子暗记处理过程的总称。
旗子暗记链芯片由一个个模块芯片组成一整条“链条”。

按照常见的利用功能分类，芯片可以分为：处理器芯片、存储芯片、传感器、电源芯片、通信芯片、接口芯片。

芯片的分类（按利用功能）

传感器就相称于人类的五官，可以感知/丈量生活中的声音、图像、温度、湿度、压力和光旗子暗记等。
CIS是将光学图像转换成电子旗子暗记的电子设备，相称于人的视网膜，其在手机、相机乃至卫星的拍摄成像中必不可少。
MEMS是按功能哀求在芯片上把微电路和微机器集成于一体的系统，例如手机中的磁传感器、指纹传感器、环境传感器等。
Touch对环境变革具有灵敏的自动识别和跟踪功能，我们日常利用的手机和平板电脑就内含触控芯片。

通信芯片相称于人类的神经，四通八达，通报信息和数据。
Bluetooth是一种近间隔无线连接技能，支持声音、图像的传输。
WIFI也是一种近间隔无线通信。
NB-loT是一种远间隔无线通信，属于广域网，运用在我们利用的共享单车中。

接口芯片相称于人的“四肢”，同样可以用于通报信息和数据。
USB是一个外部总线标准，是运用在PC和手机领域的一种接口技能，例如电脑的USB插口、手机的USB充电线。
HDMI是一种全数字化视频和声音发送接口，可以发送未压缩的音频及视频旗子暗记。
例如条记本电脑、电视、机顶盒就有HDMI接口。

按照工艺制程分类，芯片可以分为：5nm芯片、7nm芯片、14nm芯片、28nm芯片……

芯片的纳米数是制造芯片的制程，实在便是指CMOS器件的栅长，或指晶体管电路的尺寸。
纳米在处理器中指的是晶体管之间的间隔便是间距，间隔越小就能在同等大小的面积上集成更多的晶体管，芯片就能做得越繁芜，越前辈性能越好，功耗越低。

以手机为例，在手机芯片的晶体管构造中，电流从Source（源极）流入Drain（漏极），Gate（栅极）相称于闸门，紧张卖力掌握两端源极和漏极的通断。
而栅极的最小宽度（栅长）便是工艺制程。
手机芯片的工艺制程越小，栅极宽度就越小，意味着闸门通道越小，单位面积所容纳的晶体管就会越多，芯片就越前辈，性能就越强。

放眼环球，目前比较前辈的制程便是台积电和三星的3nm，但是良率并不高（三星3nm良率仅有10-20%）。
海内较为前辈的是中芯国际的14nm工艺制程芯片，目前已实现量产。

按照导电类型的不同，芯片可以分为：双极型集成电路、单极型集成电路。

芯片的分类（按照导电类型的不同）

所谓双极型和单极型紧张指的是组成集成电路的晶体管的极性。
双极型集成电路由NPN或PNP型晶体管组成，由于电路中的载流子有自由电子和空穴两种极性，因此取名为双极型集成电路。
单极型集成电路是由MOS场效应晶体管组成的。

总结

随着数字化、智能迅猛发展以及算力需求日益提升，从日常的电脑、手机、智能汽车等个人消费品，再到人工智能、云打算、大数据、物联网等主要家当，均无一例外地以芯片产品作为硬件根本。
芯片种类纷杂繁多各有千秋，根据芯片的不同特性会有不同的分类，希望这篇内容让大家对芯片有进一步的理解。