芯片科普 | 芯片是什么？如何分類？

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

而這兩年大家關(guān)注的焦點(diǎn)變成了“芯片短缺”“芯片漲價(jià)”“國(guó)產(chǎn)替代化”......

從“為什么芯片會(huì)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(duì)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(jìn)一步了解的時(shí)候，還是會(huì)有各種各樣的問(wèn)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(shí)的科普文。收藏不虧。

芯片概念

先區(qū)分幾個(gè)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(jiàn)的半導(dǎo)體材料有硅、鍺、砷化鎵等。現(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(gè)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(gè)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(gè)電路所需的晶體管和其他器件制作在一塊半導(dǎo)體上（來(lái)自杰夫·達(dá)默）。芯片屬于集成電路的載體。

嚴(yán)格從定義上來(lái)說(shuō)，集成電路 ≠ 芯片。

但從狹義上說(shuō)，我們?nèi)粘Ｌ岬降腎C、芯片、集成電路其實(shí)并沒(méi)有什么差別。平時(shí)大家所討論的IC行業(yè)、芯片行業(yè)指的也是同一個(gè)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(jìn)行設(shè)計(jì)、制造、封測(cè)后，所得到的實(shí)體產(chǎn)品。

當(dāng)芯片被搭載在手機(jī)、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(jī)觸屏需要有觸控芯片，儲(chǔ)存信息需要有存儲(chǔ)芯片，實(shí)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(jī)里的芯片加起來(lái)都要有100多顆。

芯片分類

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

按照處理信號(hào)方式可以分成：模擬芯片、數(shù)字芯片信號(hào)分為模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)，數(shù)字芯片就是處理數(shù)字信號(hào)的，比如CPU、邏輯電路等；模擬芯片是處理模擬信號(hào)的，比如運(yùn)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(shí)具有數(shù)字和模擬，一塊芯片到底歸屬為哪類產(chǎn)品是沒(méi)有絕對(duì)標(biāo)準(zhǔn)的，通常會(huì)根據(jù)芯片的核心功能來(lái)區(qū)分。

按照應(yīng)用場(chǎng)景可以分：航天級(jí)芯片、車規(guī)級(jí)芯片、工業(yè)級(jí)芯片、商業(yè)級(jí)芯片芯片可以用于航天、汽車、工業(yè)、消費(fèi)不同的領(lǐng)域，之所以這么分是因?yàn)檫@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(wú)故障運(yùn)行時(shí)間（壽命）等。

舉個(gè)例子：工業(yè)級(jí)芯片比商業(yè)級(jí)芯片的溫度范圍要更寬，航天級(jí)芯片的性能最好，同時(shí)價(jià)格也最貴。按照使用功能可以分：GPU、CPU、FPGA、DSP、ASIC、SoC......剛剛說(shuō)的觸控芯片、存儲(chǔ)芯片、藍(lán)牙芯片......就是依據(jù)使用功能來(lái)分類的。

還有企業(yè)經(jīng)常說(shuō)的“我司的主營(yíng)業(yè)務(wù)是 CPU芯片/WIFI芯片”，也從功能角度來(lái)分的。之前專門(mén)寫(xiě)過(guò)一篇以功能進(jìn)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(shí)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(gè)數(shù)?，F(xiàn)在智能手機(jī)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(jì)的元器件。

其實(shí)這屬于早期來(lái)表述芯片集成度的方式，后來(lái)在發(fā)展過(guò)程中就以特征線寬（設(shè)計(jì)基準(zhǔn)）的尺寸來(lái)表述，比如微米、納米。也可以理解為我們現(xiàn)在所常說(shuō)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(shí)就是指CMOS器件的柵長(zhǎng)，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(jìn)的制程就是臺(tái)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(guó)內(nèi)最先進(jìn)的制程是中芯國(guó)際的14nm。

芯片的發(fā)展過(guò)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(yàn)之談。之所以說(shuō)是經(jīng)驗(yàn)之談，是因?yàn)樵?ldquo;定律”并非是自然科學(xué)的定律，而是戈登·摩爾經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期觀察所總結(jié)出來(lái)的經(jīng)驗(yàn)。1965年，戈登·摩爾在繪制一份發(fā)展報(bào)告的圖表時(shí)，發(fā)現(xiàn)了一個(gè)驚人的趨勢(shì)：每顆芯片所能容納的晶體管數(shù)目大概在18-24個(gè)月就會(huì)翻一番，性能也會(huì)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(gè)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(guò)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(wú)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(huì)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(qiáng)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(lái)到我們面前的？

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