對芯片分類的探討

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2023-02-16 06:34:18 755

多個角度看芯片的分類

1、按照不同的處理信號分類

按照不同的處理信號分類，芯片可以分為：數(shù)字芯片、模擬芯片和數(shù)?；旌闲酒?。數(shù)字芯片用于產(chǎn)生、放大和處理各種數(shù)字信號。模擬芯片用于產(chǎn)生、放大和處理各種模擬信號。

模擬信號是指隨著時間連續(xù)變化的信號，如正弦波電壓信號、攝相機攝下的圖像、錄音機錄下的聲音、車間控制室所記錄的壓力、轉(zhuǎn)速、濕度等。數(shù)字信號是指在時間上和數(shù)量上都不連續(xù)變化的信號，也可理解成離散的信號，如矩形電壓信號、十字路口的交通信號燈、數(shù)字式電子儀表、自動生產(chǎn)線上產(chǎn)品數(shù)量的統(tǒng)計等。

數(shù)字芯片包括各類通用處理器、存儲器、微控制器（MCU）等，生活中各類電子產(chǎn)品中控制器、移動硬盤等核心部件，以及實驗室的檢測設備如數(shù)字示波器、數(shù)字信號發(fā)生器中，都需要數(shù)字芯片。模擬芯片包括模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片（ADC）、運算放大器、線性穩(wěn)壓器、基準電壓源等。數(shù)?；旌闲酒瑒t包括數(shù)模轉(zhuǎn)換器、基帶芯片、接口芯片等。

數(shù)字芯片、模擬芯片和數(shù)?；旌闲酒唧w包括以下類型：

（1）數(shù)字芯片

數(shù)字芯片的分類

? 通用處理器：通用處理器是由大量的邏輯電路組成的，它包含了控制、存儲、運算、輸入輸出等部分，形成了一個完整的數(shù)據(jù)和信息處理系統(tǒng)，被稱為電子產(chǎn)品和信息系統(tǒng)的大腦和中樞。常見的通用處理器包括中央處理器（CPU）、圖像處理器（GPU）、數(shù)字信號處理器（DSP）、加速處理器（APU）等。CPU用于管理、調(diào)度和控制電子產(chǎn)品和信息系統(tǒng)各組成部分協(xié)調(diào)高效工作；GPU、DSP、APU接受CPU管理，但可以獨立完成其特有的功能，例如圖像顯示、圖形處理、數(shù)據(jù)和信息的處理等。

Intel酷睿i7CPU芯片

? 存儲器：存儲器是用于存儲數(shù)據(jù)和信息的芯片。包含靜態(tài)存儲器（SRAM）、動態(tài)存儲器（DRAM）、只讀存儲器（ROM）、閃存（Flash）等。SRAM與DRAM稱為易失性存儲器，SRAM用于電子產(chǎn)品中存儲數(shù)據(jù)，在通電過程保持數(shù)據(jù)不變，斷電后數(shù)據(jù)丟失；DRAM在通電過程中通過定時刷新保持數(shù)據(jù)不變，斷電后數(shù)據(jù)丟失。ROM和Flash稱為非易失性存儲器，ROM一旦寫入數(shù)據(jù)后，不論通電與否都不會丟失；Flash在通電過程中保持數(shù)據(jù)不變，斷電也不丟失。

? 單片系統(tǒng)（SoC）：單片系統(tǒng)就是把一個電子系統(tǒng)全部集成到一顆芯片中。只要給SoC芯片加上電源和少量外部電路，就可以實現(xiàn)一個完整的電子產(chǎn)品或系統(tǒng)的功能。例如音視頻播放器（MP4）、汽車導航儀等都可以用一個SoC芯片加少量外部元器件來實現(xiàn)。

華為海思的5G手機SoC芯片-麒麟9000

（圖源：華為海思官網(wǎng)）

? 微控制器（MCU）：微控制器是簡化版的CPU，通常也稱為單片機，是一個完整的微型計算機，只需要供電或加上極少的外圍電路即可工作。常見的MCU有MCS-51系列、STM32系列、STC系列等。從陽臺定時澆花器、電飯鍋、電冰箱等的控制，到儀器、儀表、工業(yè)自動化生產(chǎn)線等的控制，再到高鐵、飛機等的系統(tǒng)控制，MCU都是重要的組成部分。

STM32系列MCU

? 可編程邏輯器件（PLD）：上述芯片都屬于固定邏輯電路的芯片，它們從代工廠生產(chǎn)出來后，功能就被固定下來，不能再進行任何大的改變。PLD由工廠生產(chǎn)出來后，其功能還沒有確定，需要設計人員按需求進行編程后，芯片才能表現(xiàn)出想要的功能。因此，PLD芯片也稱為半定制芯片。常見的現(xiàn)場可編程門陣列（FPGA）和復雜可編程邏輯器件（CPLD）都屬于PLD。與中、小規(guī)模邏輯集成器件相比，PLD在原型系統(tǒng)開發(fā)、集成度、功耗和系統(tǒng)可靠性等方面有顯著的優(yōu)勢。但是對于規(guī)模更大、更復雜的教字系統(tǒng)，CPLD和FPGA設計實現(xiàn)大型數(shù)字系統(tǒng)已成為普遍應用的方法。了解更多FPGA基礎(chǔ)知識，詳見FPGA芯片知多少。

（2）模擬芯片

模擬芯片的分類

分立器件和模組(二極管、三極管、MOSFET、IGBT等)：這些器件和模組也是采用集成電路平面工藝制作而成，雖然封裝成器件和模組的形式，外觀不像一般的芯片，但它們也屬于集成電路的范疇。

場效應管主要有兩種類型，分別是結(jié)型場效應管（JFET）和絕緣柵場效應管（MOS管）。MOS管即MOSFET，是絕緣柵場效應管，可分為N溝耗盡型和增強型、P溝耗盡型和增強型四大類。MOSFET用于開關(guān)電源、鎮(zhèn)流器、高頻感應加熱、高頻逆變焊接機、通訊電源等高頻電源。

IGBT是絕緣柵雙極型晶體管，是由晶體三極管和MOS管組成的復合型半導體器件。IGBT作為新型電子半導體器件，具有輸入阻抗高、電壓控制功耗低、控制電路簡單、耐高壓、承受電流大等特性。在焊接、逆變器、電鍍電源、超音頻感應加熱等領(lǐng)域有著廣泛的應用。

? 電源電路：用于把200V、50Hz的交流電轉(zhuǎn)換成不同輸出電壓和電流的直流電，作為各種電子產(chǎn)品和系統(tǒng)的電源。

? 信號檢測電路：用于檢測微弱的電信號，經(jīng)過濾波、放大等多種前端處理后，變成便于處理的大信號或者數(shù)字信號。

? 濾波器芯片：在日常手機通話時，有無數(shù)條不同頻道的電磁波在運動著，而使我們同頻聊天不受其它電磁波干擾的芯片，就是濾波器芯片。濾波電路用于信號的提取、變換或抗干擾。它是一種選頻電路，可以使信號中特定的頻率成分通過，同時極大地衰減其他頻率成分。

? 信號發(fā)生器：信號發(fā)生器芯片用于產(chǎn)生正弦波、矩形波、三角波、鋸齒波等。它主要包括各種函數(shù)信號發(fā)生器、特殊頻率、波形和脈沖信號發(fā)生器等。

? 放大器：放大器芯片用于對信號的電壓、電流或功率進行放大，有著很大的信號覆蓋能力，能大力增強信號。主要包括前置放大器、運算放大器和功率放大器等十多種放大器芯片。

? 射頻芯片：指的是將無線電信號通信轉(zhuǎn)換成一定的無線電信號波形, 并通過天線諧振發(fā)送出去的電子元器件。射頻芯片種類很多，包括射頻前端和射頻后端，其中射頻后端主要就是基帶芯片。而射頻前端則主要包括:射頻天線、射頻開關(guān)、功率放大器（PA）、低噪放大器（LNA）、濾波器等。

（3）數(shù)?；旌闲酒?/strong>

數(shù)?；旌闲酒姆诸?/span>

? 數(shù)模轉(zhuǎn)換器芯片：包括A/D轉(zhuǎn)換器芯片和D/A轉(zhuǎn)換器芯片。模數(shù)轉(zhuǎn)換器即A/D轉(zhuǎn)換器，或簡稱ADC，A代表模擬量，D代表數(shù)字量，通常是指一個將模擬信號轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號的電子元件。數(shù)模轉(zhuǎn)換器，又稱D/A轉(zhuǎn)換器，簡稱DAC，它是把數(shù)字量轉(zhuǎn)變成模擬的器件。

? 光電轉(zhuǎn)換電路：光電轉(zhuǎn)換芯片是實現(xiàn)光通信和光電系統(tǒng)不可或缺的芯片種類。包括光電耦合器件、光電探測器二極管、光敏三極管、光敏電阻器等。

? 基帶芯片：用來合成即將發(fā)射的基帶信號，或?qū)邮盏降幕鶐盘栠M行解碼。手機基帶芯片主要由微處理器、信道編碼器、數(shù)字信號處理器、調(diào)制解調(diào)器和接口模塊組成。

? 調(diào)制解調(diào)芯片：調(diào)制解調(diào)芯片是實現(xiàn)調(diào)制、解調(diào)功能的芯片。調(diào)制是把變化著的基帶信號轉(zhuǎn)成對應變化著的載波的幅度（調(diào)幅）、頻率（調(diào)頻）或相位（調(diào)相）等模擬量。解調(diào)是把變化著的載波的幅度（調(diào)幅）、頻率（調(diào)頻）或相位（調(diào)相）等模擬量轉(zhuǎn)成對應變化著的基帶信號。調(diào)制解調(diào)芯片在無線電收發(fā)報機、無線廣播電視、無線通信、寬帶網(wǎng)絡和光纖網(wǎng)絡等方面廣泛應用。

? 接口芯片：接口芯片相當于人的“四肢”，同樣可以用于傳遞信息和數(shù)據(jù)。常見的接口芯片包括通用串行總線芯片（USB）、高清多媒體接口芯片（HDMI）。USB是一個外部總線標準，是應用在PC和手機領(lǐng)域的一種接口技術(shù)，例如電腦的USB插口、手機的USB充電線。HDMI是一種全數(shù)字化視頻和聲音發(fā)送接口，可以發(fā)送未壓縮的音頻及視頻信號。例如筆記本電腦、電視、機頂盒就有HDMI接口。

? 傳感器：傳感器用來測量和感知現(xiàn)實*中的各種物理量，例如磁力、運動、壓力、溫度、濕度、圖像、聲音等。主要包括CMOS圖像傳感器（CIS）、微機電系統(tǒng)（MEMS）、觸摸/觸控芯片（Touch）等。CIS是將光學圖像轉(zhuǎn)換成電子信號的電子設備，相當于人的視網(wǎng)膜，其在手機、相機乃至衛(wèi)星的拍攝成像中必不可少。MEMS是按功能要求在芯片上把微電路和微機械集成于一體的系統(tǒng)，例如手機中的磁傳感器、指紋傳感器、環(huán)境傳感器等。Touch對環(huán)境變化具有靈敏的自動識別和跟蹤功能，我們?nèi)粘Ｊ褂玫氖謾C和平板電腦就內(nèi)含觸控芯片。

2、按照功能分類

按照常見的使用功能分類，芯片可以分為：處理器芯片、存儲器、傳感器、電源管理芯片、通信芯片、接口芯片、專用集成電路（ASIC）。

按照功能劃分芯片

其中，處理器芯片、存儲器、傳感器、通信芯片和接口芯片都在上文中介紹過，此處不再贅述。

電源管理芯片是電子設備系統(tǒng)中承擔電能檢測、分配、轉(zhuǎn)換等電源管理職責的芯片，主要負責識別CPU的電源幅值，促進后期電路的功率輸出，是所有電子設備中不可缺少的裝置。常見的電源管理芯片主要包括低壓差線性穩(wěn)壓器（LDO）、DC/AC轉(zhuǎn)換器芯片、電池管理芯片、驅(qū)動芯片、開關(guān)電源控制芯片。LDO是輸入/輸出壓差低的線性調(diào)整器，在限定電源和供電能力下提供穩(wěn)定的輸出電壓；驅(qū)動芯片主要是通過電壓、電流等信號的調(diào)整來驅(qū)動電子器件正常運行以及運行控制，包括LED驅(qū)動、LCD驅(qū)動、電機驅(qū)動等；開關(guān)電源控制芯片中應用的電力電子器件主要為二極管、IGBT和MOSFET。

專用集成電路（ASIC）：ASIC被認為是一種為專門目的而設計的集成電路，是指應特定用戶要求和特定電子系統(tǒng)的需要而設計、制造的芯片，也稱全定制芯片。例如二代身份證里的芯片，一證對應著一人。

3、按照工藝制程分類

按照工藝制程分類，芯片可以分為：5nm芯片、7nm芯片、14nm芯片、28nm芯片……芯片的納米數(shù)是制造芯片的制程，其實就是指CMOS器件的柵長，或指晶體管電路的特征尺寸，距離越小就能在同等大小的面積上集成更多的晶體管，芯片就能做得越復雜，越先進性能越好，功耗越低。

以手機芯片為例，電流從源極（Source）流入漏極（Drain），柵極（Gate）相當于閘門，主要負責控制兩端源極和漏極的通斷。而柵極的最小寬度（柵長）就是工藝制程。手機芯片的工藝制程越小，柵極寬度就越小，意味著閘門通道越小，單位面積所容納的晶體管就會越多，芯片就越先進，性能就越強。

4、按照半導體材料類型分類

集成電路芯片常用的半導體材料是硅。隨著半導體技術(shù)的提升，尋找新的半導體材料，成了一個重要方向。半導體材料目前已經(jīng)發(fā)展至第三代。

*代半導體材料：硅（Si）和鍺（Ge）。

硅（Si）：是目前應用最廣泛的半導體材料，常見的用硅制成的芯片有CPU、GPU、存儲芯片等。

鍺（Ge）：是早期晶體管的材料，活躍在光纖、太陽能電池等領(lǐng)域。

第二代半導體材料：第二代半導體材料與*代有本質(zhì)的不同，*代半導體的硅和鍺屬于單質(zhì)半導體，也就是由單一物質(zhì)構(gòu)成。而第二代屬于化合物半導體材料，由兩種或兩種以上元素合成而來，適用于制作高速、高頻、大功率以及發(fā)光電子器件，是制作高性能微波、毫米波器件及發(fā)光器件的優(yōu)良材料，廣泛應用于衛(wèi)星通訊、移動通訊、光通信、GPS導航等領(lǐng)域。第二代半導體材料常見的是砷化鎵（GaAs）和磷化銦（InP）。

第三代半導體材料：第三代半導體同樣屬于化合物半導體材料，具有更寬的禁帶寬度、更高的導熱率、更高的抗輻射能力等特性，更適合于制作高溫、高頻、抗輻射及大功率電子器件。第三代半導體材料常見的是碳化硅（SiC）和氮化鎵（GaN）。目前，5G基站、新能源汽車和快充等都是第三代半導體的重要應用領(lǐng)域。

雖然這幾代半導體材料聽起來像是迭代的產(chǎn)品，但其實它們并不是替代關(guān)系，它們的特性不同，應用的場景也不一樣。

三代半導體材料對比表

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智能手機中芯片的“門派”

智能手機中集成了大大小小上百顆芯片，這些芯片協(xié)同工作，才能帶來非凡的使用體驗。例如，手機屏幕顯示各種顏色需要屏幕驅(qū)動芯片，發(fā)出聲音需要音頻處理芯片，存儲照片需要存儲芯片，指紋識別需要指紋識別芯片，手機電池需要電源管理芯片等。智能手機的芯片可以分為以下類型：

手機芯片的分類

最重要的手機芯片是應用處理器（AP），是手機里的最強大腦和神經(jīng)中樞，AP是在低功耗的中央處理器（CPU）的基礎(chǔ)上擴展音視頻功能的專用接口的超大規(guī)模集成電路。每年新手機發(fā)布時，廠商宣傳的高性能芯片就是AP，例如華為的麒麟系列、蘋果公司的A系列、三星的Exynos系列等。

不同功能的實現(xiàn)對處理器性能的要求也不一樣。因此，手機中還會有一些單獨設計的協(xié)處理器，協(xié)助AP完成*的手機功能，例如圖像處理芯片（GPU）、音頻處理芯片等。

手機的核心功能是通信，離不開射頻芯片和基帶芯片。射頻芯片負責射頻收發(fā)、頻率合成和功能放大；基帶芯片負責信號處理和協(xié)議處理?；鶐酒梢院铣杉磳l(fā)射的基帶信號，并且解碼接收到的基帶信號。發(fā)射基帶信號時，把音頻信號編譯成基帶碼；接收信號時，把基帶碼譯碼為音頻信號。射頻芯片將信號放大，通過手機天線，就可以將信號發(fā)射到空中，再通過通信網(wǎng)絡傳輸給對方。5G手機與4G手機的最大區(qū)別，在于是否支持5G網(wǎng)絡。而5G網(wǎng)絡的支持與否，主要由手機的基帶芯片決定?；鶐酒怯脕砗铣杉磳l(fā)射的基帶信號，或?qū)邮盏降幕鶐盘栠M行解碼的芯片，有點像手機的“網(wǎng)卡”、“貓（調(diào)制解調(diào)器）”。

手機的存儲空間與存儲芯片緊密相連。一般而言，我們常說的8GB+128GB，前者8GB指的是運行內(nèi)存（RAM），是手機在運行的軟件和系統(tǒng)占用的內(nèi)存，它的作用就是讓手機可以同時運行多個App，保障足夠的運行內(nèi)存，也是保障手機運行程序流暢的基礎(chǔ)。RAM的作用，可以概括成一句話：RAM越大，可同時運行的程序就越多，一些需要大量存儲空間的游戲也越流暢。同等CPU配置的情況下，RAM越大手機運行就越流暢。后者128GB一般是指存儲內(nèi)存（ROM），其作用和電腦上的硬盤類似，用來存儲手機運行時的緩存和用戶存儲的數(shù)據(jù)，它決定了手機能儲存多少照片和視頻，下載多少游戲。

除上述芯片之外，負責各種具體功能的芯片則分布在手機內(nèi)的各個角落。例如電源管理芯片、屏幕觸摸控制器、無線充電控制器等芯片。可以說，手機內(nèi)部結(jié)構(gòu)非常復雜，就像一座小型的城市，各種芯片各司其職，共同支撐起手機功能的實現(xiàn)，才有了如今通信、工作、娛樂各項全能的智能手機。

智能汽車中的芯片類別

在汽車的胎壓監(jiān)測系統(tǒng)TMPS、攝像頭、整車控制器、自動駕駛域控制器等模塊，各種芯片是必不可少的。

汽車芯片可大致分為三大類：“微控制單元（MCU）”、“功率半導體”和“傳感器”。

汽車芯片的分類

MCU是微控制單元，主要是指處理器和控制器芯片。它在一顆芯片上集成了計算核心、存儲核心和對接接口等模塊，小到車窗升降，大到駕駛輔助都需要用到MCU。汽車內(nèi)部包含電子控制系統(tǒng)、信息娛樂系統(tǒng)、動力總成系統(tǒng)、車輛運動系統(tǒng)等，這些系統(tǒng)下面又存在著眾多子功能項，每個子功能項背后都有一個控制器，控制器內(nèi)部會有一顆MCU。目前*的“自動駕駛系統(tǒng)”也離不開MCU。

汽車功率半導體主要用于汽車動力控制系統(tǒng)、照明系統(tǒng)、燃油噴射、底盤安全系統(tǒng)等，主要負責功率轉(zhuǎn)換，多用于電源和接口。例如電動汽車用的IGBT功率芯片，以及場效晶體管MOSFET等。其中，功率半導體在傳統(tǒng)燃油車中一般用于啟動和發(fā)電等模塊；新能源汽車需要大量的功率半導體才能實現(xiàn)車輛電壓的頻繁變化。所以在新能源汽車中功率半導體是用量最多的器件。

汽車傳感器是汽車計算機系統(tǒng)的輸入裝置，其功能是將車速、各種介質(zhì)的溫度、發(fā)動機的工作狀態(tài)等信息轉(zhuǎn)化為電信號輸給計算機，以便汽車處于最佳工作狀態(tài)。汽車傳感器常見類型有：發(fā)動機轉(zhuǎn)速傳感器、胎壓傳感器、水溫傳感器、車速傳感器等。

總結(jié)

分類是認識一切事物的基礎(chǔ)。芯片是當前各界熱議和關(guān)注的話題，我國也在大力發(fā)展芯片產(chǎn)業(yè)。本文對芯片的分類這樣一個基本而重要的話題進行了探討，希望能夠?qū)V大讀者*了解芯片產(chǎn)業(yè)和芯片的應用有一定的裨益。

免責聲明：本文采摘自網(wǎng)絡，本文僅代表作者個人觀點，不代表薩科微及行業(yè)觀點，只為轉(zhuǎn)載與分享，支持保護知識產(chǎn)權(quán)，轉(zhuǎn)載請注明原出處及作者，如有侵權(quán)請聯(lián)系我們刪除。

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