写给小白的芯片半导体科普

在我们的日常工作和生活中，经常会用到各种电子或电器产品，比如电脑、手机、电视、冰箱、洗衣机等等。

这些产品，如果我们把它们拆开，都会看到一个绿色的板，如下图所示。

有时它是蓝色或黑色的。

众所周知，这块绿色的板叫做电路板。更正式的名称是印刷电路板，即PCB(印刷电路板，国外有时称为PWB)。

PCB上焊接了许多电子元件，如电容、电阻和电感。

我们还可以看到有一些黑色的正方形组件。

是的，这个组件很可能是芯片(英文名为chip)。

芯片的定义

芯片其实是一个更笼统的说法。乐蜂网停止运营

对于电子设备来说，它隐藏在内部，非常重要，相当于汽车的发动机，人的心脏，所以被称为“芯”。从形态学上看，它是一个棋子，所以叫“棋子”。合在一起就是一个“芯片”。

一般来说，芯片就是集成电路。这两者可以等同并互换使用。

集成电路相对容易定义。通过特定的工艺，将晶体管、电阻、电容、二极管等电子元件集成在单一的基板上，形成微电路，称为集成电路。

如果衬底是半导体材料(如硅)，或者集成电路是半导体材料晶片，则属于半导体集成电路。

在我们传统意义上，集成电路基本上是指半导体集成电路。因此，半导体、芯片和集成电路这三个词有时可以互换使用。

如果你仔细挖掘，芯片和集成电路还是有一些区别的

一些行业观点认为:

集成电路是电路，是基本单元，主要强调某种功能的实现，比如某种逻辑运算。在电路设计等场景中，这个名字会用得更多。

芯片是一个更宏观、更有生产力的概念。经过设计、制造、封装和测试，可以直接使用的产品形式被认为是芯片。在强调用途的时候，人们会更多的使用“芯片”这个名词，比如CPU芯片、AI芯片、基带芯片等等。

也有人将芯片定义为“包含一个或多个集成电路，能实现特定功能的通用半导体元器件产品”。换句话说，芯片是半导体元器件产品的总称。

相比之下，半导体和集成电路之间的区别更加明显:

半导体包括:集成电路+分立器件+光电器件+传感器。

标志位状态怎么判断

集成电路与其他三者的主要区别在于集成度。集成电路中晶体管的数量远远大于分立器件、光电器件和传感器。此外，基底材料通常不同。

目前，光电子器件、分立器件和传感器的市场规模加起来仅占整个半导体市场规模的10%左右。

因此，我们可以说集成电路是半导体中最重要的部分。

芯片的分类

芯片是实现特定功能的一组电路。它具有模块化的特点，可以方便厂商快速设计开发产品，降低开发难度，缩短开发周期。

几十年来，半导体技术在摩尔定律的指引下飞速发展。芯片的尺寸越来越小，里面包含的电路越来越多，大大降低了电子产品的体积、成本和功耗。

它不仅提高了我们的生活质量，还引领了信息技术革命，推动了整个人类文明的进步。

现在芯片已经被广泛使用，衍生出很多品类。

《世界半导体贸易统计》(WSTS)的分类方法更具权威性和官方性。他们将所有集成电路分为模拟、微、逻辑和存储器。

非官方的分类更随意。

根据功能，我们通常将芯片分为:计算芯片、存储芯片、通信芯片、传感芯片、能源芯片和接口芯片。

我们熟悉以下类型的芯片:

displayblock属性的作用是

芯片按等级可分为消费级、工业级、汽车级、军用级、航天级。按照设计理念，也可以分为通用芯片(CPU、GPU等。)和专用芯片(AISC)。

我们也可以按照工艺来划分，比如我们经常听到的28nm，14nm，7nm，5nm。或者，根据半导体材料，如硅(Si)、锗(Ge)、砷化镓(GaAs)、氮化镓(GaN)等。这些我们以后讲到芯片制造工艺的时候会讲到。

其实现在除了电学芯片，我们还开发了光学芯片(比如硅光学技术)，用光代替电流来传输信号。

从集成电路的角度来看，有很多种分类。

根据制造工艺，集成电路可分为半导体集成电路和薄膜集成电路(薄膜集成电路由金属和陶瓷等制成。).薄膜集成电路分为厚膜集成电路和薄膜集成电路。

根据电路的性质，我们还可以分为数字集成电路、模拟集成电路和混合信号集成电路。

数字集成电路，顾名思义，是处理数字信号的。它最频繁的出现在我们身边，比如微处理器(CPU，GPU等。)、数字信号处理器(DSP)和微控制器(MCU)，都是数字集成电路。

模拟集成电路多用于传感器、功率芯片、运算放大器等。，主要用于模拟信号的放大、滤波、解调和混频功能。

混合信号集成电路是集成在一个芯片上的模拟和数字电路。你可以猜到，模数(ADC)和数模(DAC)转换芯片就属于这一类。

根据集成在芯片上的微电子器件的数量(规模)，集成电路可分为以下几类:

更专业的说，集成电路还可以根据导电类型分为双极集成电路和单极集成电路。

双极集成电路制造工艺复杂，功耗大，也就是说有TTL、ECL、HTL、LST-TL、STTL等类型的集成电路。

单极集成电路制造工艺简单，功耗低，容易做成大规模集成电路，如CMOS、NMOS、PMOS等。

这些名词在小枣君介绍芯片工作原理的时候会详细讲解。

芯片内部结构

正如我们前面提到的，芯片看起来都像黑色的方块。

有时，它还会有一个银色的金属外壳(以加强保护，也有助于散热)。例如，我们的CPU:

CPU盖板

CPU外观

芯片封装(芯片制造工艺中的一道工序)才变成这样。

只有把“壳”脱下来，才能真正看到芯片的内核。通过显微镜放大，它看起来像这样:

外圈是针(pin)。细线是铅。中间的方形部分是芯片的真实电路。

如果继续放大，是这样的:

用3D效果替换它，就像这样:

对，都是立体的，很多层，密密麻麻，像个超级迷宫，也像个未来城市。

图片上，一个接一个，都是连线。它们所连接的物体是晶体管。

一个芯片中晶体管的数量通常代表这个芯片的能力。晶体管越多，电路越多，功能越多，计算能力越强。现在很多厂商发布芯片的时候，总是强调芯片里有多少个晶体管，就是这个意思。

英伟达的H100 GPU有800亿个晶体管。

芯片简单(相对而言)，复杂。一些复杂的芯片会被分成不同的功能模块。这些模块共同构成一个系统，成为片上系统(system on a chip)。

我们的手机主芯片，如高通骁龙、联发科天机、华为麒麟，都是典型的SoC芯片。芯片包括CPU、GPU、APU、ISP、基带、射频等。

那么，问题来了，为什么芯片中的晶体管可以完成计算、存储等各种工作？

我们常说的逻辑门，MOSFET，FinFET，PN结是什么？

未完待续。

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