这几年,在中兴和华为事件的推动下,关于“芯片”的话题数不胜数,但凡美国动作一次,芯片话题的热度就提高一分,天天有人聊着芯片、芯片技术,喊着要发展芯片,然而你真的了解芯片是什么吗?

 

芯片的英文名就是 microchip,又被称为微电路、微芯片、集成电路,它其实是半导体元件产品的统称。

 

芯片的分类有很多,按照不同的处理信号可分为模拟芯片和数字芯片两种。简单来说,模拟芯片利用的是晶体管的放大作用,而数字模拟芯片利用的是晶体的开关作用。具体来看,模拟芯片用来产生、放大和处理各种模拟信号,种类细且繁多,包括模数转换芯片(ADC)、放大器芯片、电源管理芯片、PLL 等等。模拟芯片设计的难点在于非理想效应过多,需要扎实的基础知识和丰富的经验,比如小信号分析、时域频域分析等等。

 

相比之下,数字芯片则是用来产生、放大和处理各种数字信号,数字芯片一般进行逻辑运算,CPU、内存芯片和 DSP 芯片都属于数字芯片。数字芯片设计难点在于芯片规模大,工艺要求复杂,因此通常需要多团队共同协同开发。

 

(图片源自 OFweek 维科网)

 

还有大家非常常见的,按照使用功能来分类,主要有 CPU、GPU、FPGA、DSP、ASIC 等。CPU 是中央处理器,它作为计算机系统的运算和控制核心,是信息处理、程序运行的最终执行单元。CPU 是对计算机的所有硬件资源(如存储器、输入输出单元) 进行控制调配、执行通用运算的核心硬件单元。

 

GPU 即图形处理器,又称显示核心、视觉处理器、显示芯片,是一种专门在个人电脑、工作站、游戏机和一些移动设备(如平板电脑、智能手机等)上做图像和图形相关运算工作的微处理器。

 

FPGA 是在 PAL、GAL 等可编程器件的基础上进一步发展的产物。它是作为专用集成电路(ASIC)领域中的一种半定制电路而出现的,既解决了定制电路的不足,又克服了原有可编程器件门电路数有限的缺点。FPGA 可以无限次编程,延时性比较低,同时拥有流水线并行和数据并行(GPU 只有数据并行)、实时性最强、灵活性最高。

 

DSP 也就是能够实现数字信号处理技术的芯片,DSP 芯片的内部采用程序和数据分开的哈佛结构,具有专门的硬件乘法器,广泛采用流水线操作,提供特殊的 DSP 指令,可以用来快速的实现各种数字信号处理算法。

 

ASIC 也就是人们常说的专用集成电路,它应特定用户要求和特定电子系统的需要而设计、制造。 目前用 CPLD(复杂可编程逻辑器件)和 FPGA(现场可编程逻辑阵列)来进行 ASIC 设计是最为流行的方式之一。与通用集成电路相比,ASIC 体积更小、重量更轻、 功耗更低、可靠性更高、性能更高、保密性更强, 成本也进一步降低。

 

如今芯片的制造工艺也成为人们重点关注的对象,制程越先进代表着芯片的性能水平越高。因此芯片也可以按照制造工艺来分,这种分类也很常见,平时经常听到 5nm 芯片,7nm 芯片,14nm 芯片等等,都是按照这个工艺来分的。现在的工艺技术已经能达到 5nm,下一步就是 3nm。通常来说制程工艺越先进,芯片晶体管集成度越高,核心面积越小,成本越低,而性能会更强,不过这个说法是针对单一芯片而言的,如果放到全局来考虑就不一样了。

 

按照不同应用场景来分类,芯片又可以分为民用级(消费级),工业级,汽车级,军工级芯片,它们主要区别还是在工作温范围。军工级芯片由于要面临复杂的战争环境,其使用的电子器件要足够的耐操,像导弹、卫星、坦克、航母里面的电子元器件,任何一个部分拿出来都是最先进的,领先工业级 10 年,领先商业级 20 年左右,最贵最精密度的都在军工级中体现出来,其工作温度在-55℃~+150℃;汽车级芯片工作温度范围-40℃~+125℃;工业级芯片比汽车级档次稍微低一点,价格次之,精密度次之,工作温度范围在-40℃~+85℃;民用/消费级芯片就是市场上交易的那种,电脑、手机,你能看到的基本上都是商用的。不过产品质量也有所不同,比如微软做的芯片就算是商业级里的军工级,价格最便宜,最常见最实用,工作温度范围在 0℃~+70℃。