芯片科普 | 芯片是什么？如何分類？

前些年，當(dāng)焦點聚集在芯片行業(yè)，大家的話題都是“臺積電”“華為麒麟芯片”“光刻機”“卡脖子”。

而這兩年大家關(guān)注的焦點變成了“芯片短缺”“芯片漲價”“國產(chǎn)替代化”......

從“為什么芯片會被卡脖子”到現(xiàn)在“芯片短缺如何緩解”，能夠明顯感受到大家對于芯片重要性的認(rèn)知深刻了許多。

但是很多同學(xué)接觸芯片行業(yè)，想要進一步了解的時候，還是會有各種各樣的問題待解答。

所以這是一篇零基礎(chǔ)小白可讀的、幫你迅速掌握芯片行業(yè)基本知識的科普文。收藏不虧。

芯片概念

先區(qū)分幾個基本概念：芯片、半導(dǎo)體、集成電路。

半導(dǎo)體：常溫下導(dǎo)電性能介于導(dǎo)體與絕緣體之間的材料，常見的半導(dǎo)體材料有硅、鍺、砷化鎵等?，F(xiàn)在芯片常用的半導(dǎo)體材料是硅。

集成電路：一種微型電子器件或部件。采用一定的工藝，把一個電路中所需的晶體管、電阻、電容和電感等元件及布線互連一起，制作在一小塊或幾小塊半導(dǎo)體晶片或介質(zhì)基片上，然后封裝在一個管殼內(nèi)，成為具有所需電路功能的微型結(jié)構(gòu)。

芯片：就是把一個電路所需的晶體管和其他器件制作在一塊半導(dǎo)體上（來自杰夫·達默）。芯片屬于集成電路的載體。

嚴(yán)格從定義上來說，集成電路 ≠ 芯片。

但從狹義上說，我們?nèi)粘Ｌ岬降腎C、芯片、集成電路其實并沒有什么差別。平時大家所討論的IC行業(yè)、芯片行業(yè)指的也是同一個行業(yè)。

如果用一句話概括：芯片就是以半導(dǎo)體為原材料，把集成電路進行設(shè)計、制造、封測后，所得到的實體產(chǎn)品。

當(dāng)芯片被搭載在手機、電腦、平板上之后，它就成為了這類電子產(chǎn)品的核心與靈魂。

手機觸屏需要有觸控芯片，儲存信息需要有存儲芯片，實現(xiàn)通信功能要有基帶芯片、射頻芯片、藍(lán)牙芯片，想要拍出好看的照片就需要GPU......一部手機里的芯片加起來都要有100多顆。

芯片分類

這么多芯片，有沒有什么系統(tǒng)的分類方式呢？其實芯片的分類方式有很多種：

按照處理信號方式可以分成：模擬芯片、數(shù)字芯片信號分為模擬信號和數(shù)字信號，數(shù)字芯片就是處理數(shù)字信號的，比如CPU、邏輯電路等；模擬芯片是處理模擬信號的，比如運算放大器、線性穩(wěn)壓器、基準(zhǔn)電壓源等。如今的芯片大多數(shù)都同時具有數(shù)字和模擬，一塊芯片到底歸屬為哪類產(chǎn)品是沒有絕對標(biāo)準(zhǔn)的，通常會根據(jù)芯片的核心功能來區(qū)分。

按照應(yīng)用場景可以分：航天級芯片、車規(guī)級芯片、工業(yè)級芯片、商業(yè)級芯片芯片可以用于航天、汽車、工業(yè)、消費不同的領(lǐng)域，之所以這么分是因為這些領(lǐng)域?qū)τ谛酒男阅芤蟛灰粯樱热鐪囟确秶?、精度、連續(xù)無故障運行時間（壽命）等。

舉個例子：工業(yè)級芯片比商業(yè)級芯片的溫度范圍要更寬，航天級芯片的性能最好，同時價格也最貴。按照使用功能可以分：GPU、CPU、FPGA、DSP、ASIC、SoC......剛剛說的觸控芯片、存儲芯片、藍(lán)牙芯片......就是依據(jù)使用功能來分類的。

還有企業(yè)經(jīng)常說的“我司的主營業(yè)務(wù)是 CPU芯片/WIFI芯片”，也從功能角度來分的。之前專門寫過一篇以功能進行分類、以人體功能作為類比的文章，感興趣的朋友也可以詳細(xì)了解一下：《一篇文章帶你認(rèn)識芯片分類及代表企業(yè)》

按照集成度可以分：小規(guī)模集成電路（SSI）、中規(guī)模集成電路（MSI）、大規(guī)模集成電路（LSI）、超大規(guī)模集成電路（VLSI）

集成度就是要看芯片上集成的元器件個數(shù)。現(xiàn)在智能手機里的芯片基本都是特大規(guī)模集成電路了，里面集合了數(shù)以億計的元器件。

其實這屬于早期來表述芯片集成度的方式，后來在發(fā)展過程中就以特征線寬（設(shè)計基準(zhǔn)）的尺寸來表述，比如微米、納米。也可以理解為我們現(xiàn)在所常說的工藝制程。

按照工藝制程可以分：5nm芯片、7nm芯片、14nm芯片、28nm芯片......

這里的nm其實就是指CMOS器件的柵長，也可以理解成最小布線寬度或者最小加工尺寸。

放眼全球，目前比較先進的制程就是臺積電和三星的3nm，但是目前良率并不高（三星3nm良率僅有10-20%）。國內(nèi)最先進的制程是中芯國際的14nm。

芯片的發(fā)展過程，也是充滿了“傳奇色彩”，我們需要從IC業(yè)內(nèi)非常著名的“摩爾定律”講起。

摩爾定律

摩爾定律是英特爾創(chuàng)始人之一戈登·摩爾的經(jīng)驗之談。之所以說是經(jīng)驗之談，是因為該“定律”并非是自然科學(xué)的定律，而是戈登·摩爾經(jīng)過長期觀察所總結(jié)出來的經(jīng)驗。1965年，戈登·摩爾在繪制一份發(fā)展報告的圖表時，發(fā)現(xiàn)了一個驚人的趨勢：每顆芯片所能容納的晶體管數(shù)目大概在18-24個月就會翻一番，性能也會提升一倍。

摩爾定律預(yù)言了芯片的規(guī)模和性能。

1971年，英特爾的第一代微處理器有2300個晶體管。2007年，45nm的處理器有8億多晶體管?，F(xiàn)如今，麒麟9000采用的是5nm工藝制程，集成了153億晶體管。在過往的50多年中，芯片行業(yè)一直在遵循著摩爾定律的預(yù)言在發(fā)展。

現(xiàn)在工藝已經(jīng)逼近“極限”，工藝制程不可能無限縮小，近幾年摩爾定律也已經(jīng)放緩。隨著技術(shù)發(fā)展，摩爾定律也定然會遇到瓶頸。

但摩爾定律在半導(dǎo)體史上永遠(yuǎn)都是傳奇而濃墨重彩的一筆。

芯片種類越多、功能越強大，就越讓人忍不住好奇：一顆芯片究竟是如何“披荊斬棘、打磨棱角”來到我們面前的？

下一篇文章就會給大家系統(tǒng)介紹芯片全產(chǎn)業(yè)鏈以及芯片從無到有的誕生過程。學(xué)習(xí)之路上，IC修真院與你同行。