芯片微课堂：什么是芯片？芯片为什么又叫半导体

今天是我们芯片微课堂第一期内容，也是给大家简单讲述一下什么是芯片。无论您现在有没有基础，都可以学习一下，芯片行业将是接下来几十年的中坚行业，给小编每天五分钟，让您轻松学知识！

什么是芯片？

在21世纪，无论什么电器，都离不开电子元器件。制造电子元器件的基础材料就是半导体材料，其中这个半导体材料就是圆形单晶薄片，也被称为硅片(如下图)。

在硅片制造厂，由硅片生产半导体产品，又被称为微芯片或芯片。

半导体制造工艺为什么这么难发展？

因为半导体制造技术很复杂，不仅仅是设备上的开发难度很大，其配套的材料，工艺步骤还有其他供应业需要同步进行才能形成质的改变。无论中间哪一项被国外卡住脖子，芯片行业都难以发展。

而在21世纪，汽车电子、电子商务、个人电脑及移动电话通信都是需要芯片支持，尤其是性能越优越的芯片，更能提升产品能力，赢得更大的市场，这就要求我们将更大的精力和经济投入芯片研发之中。

半导体材料是什么？

半导体这一名称来源是由于半导体材料有时是电的导体，有时是非导体。也就是说这个材料的特性在导电与不导电之间可以切换，当然这是需要外部给他一个条件才能切换。

最早的半导体材料锗，但是现在85%的芯片都是由材料硅制造的，小伙伴们知道硅材料为什么会能拥有这么大市场吗？

在半导体行业向前迈进的重要一步就是将电子元器件集成在一个硅衬底上，这也是集成电路名词的由来，简称IC。

在一块集成电路的硅表面上可以制造许多不同的半导体器件，例如晶体管、二极管、电阻、电容等，它们被连接成一个有确定芯片功能的电路。集成电路的表达通常是指这个芯片的功能及其全部元器件。

现在衡量一个芯片的工艺能力，更重要的是看在一块芯片上的元器件密集程度，在有限的空间，形成更多更密集的电路，将大幅度提升芯片能力。所以现在各大代工厂，大力研发7nm、5nm甚至3nm、1nm，线宽越小，可以容纳的东西就更多。当然这个是指单个芯片，集成电路越多，功能越强。

那对于工厂来说，在一片硅片上做的芯片越多，成本月底。比如一个2寸的硅片只能做16颗芯片，那4寸就可以做32颗芯片，以此内推，6寸、8寸甚至12寸，将容纳更多的芯片制造，成本大大降低。

芯片基本的知识就介绍到这里了，如果小伙伴有什么不懂得，可以在评论区留言。下一期内容就是制造芯片的工艺介绍，这是目前最为核心的部分，喜欢的小伙伴们可以点个关注哦！

芯片分级分类

（1）计算芯片（大脑）：如CPU，GPU，FPGA，MCU，AI等都用作计算分析的，和人体大脑类似。

（2）存储芯片（脑皮）：DRAM，SDRAM,ROM,NAND,FLASH等，主要是用于数据存储

（3）感知芯片（五官）：MEMS，指纹，麦克风，摄像头等，主要通过望闻问切来感知外部世界

（4）通信芯片（手脚）：蓝牙、wifi，NB-IOT，宽带，USB接口，以太网接口，HDMI接口，驱动控制等，用于数据传输

（5）能源芯片（心脏）：电源芯片，DC-AC，LDO等，用于能源供给

国际标准分类方式

我们先看一下国际标准分类方式，在国际半导体的统计中，半导体产业只分成四种类型：集成电路，分立器件，传感器和光电子 ，我们上面说的这四类可以统称为半导体元件。其中集成电路（Integrated Circuit, 简称IC），又叫做芯片（chip），所以说集成电路，IC，芯片，chip这四个名字都是指一个东西。但是，在我们通常的新闻中，没有分的这么清楚，他们会把半导体元件统统叫做集成电路（比如也会把分立器件也叫做芯片），所以大家要根据前后文的意思来判断文章想表达的是哪一类。

那么分立器件，传感器和光电子和集成电路的区别是什么呢？其实就是名字上的“集成”二字，集成电路中的晶体管数量都是上百万级的，一个晶体管就是这个样子

像苹果A系列，高通骁龙系列，华为麒麟系列的芯片，晶体管数量达到了上亿，几十亿的级别。但是分立器件中的晶体管数量就比较少，极端情况下，一颗元件只有一个晶体管。比如很多公司生产的肖特基二极管，IGBT，MEMS等等（当然MEMS现在也会和集成电路集成在一起，很多分立器件的晶体管也不是上图这个样子的）。虽然这些分立器件的集成度低，但是他们也有一些优点，比如适应的环境更加恶劣，能够满足更高电压的需求等等。了解完这个之后我们就看下面的细分，下面所有的内容，如果没有特殊说明，都是指集成电路。

先举个例子

我现在给你端一盘炒土豆丝，这个例子的用处，后面就知道了。

现在我问你，你吃了什么菜？你怎么说？你可以说“我吃了一盘炒菜”，你也可以说“我吃了一盘土豆”，你也可以说“我吃了一盘土豆丝”，你也可以说“我吃了一盘头发丝一样细的土豆丝”。但是不管你说什么，都是这同一盘菜，只不过是在不同的角度去描述罢了~OK，只要理解这个就好说了~

按照不同的处理信号来分类

这个标准有点类似于上面例子中的“土豆”这个词，指的是内容，它不是炒茄子，炒豆角，炒番茄，而是炒“土豆”。如果按照这个标准来看，所有的集成电路可以分为模拟芯片和数字芯片两种。处理模拟信号的芯片叫做模拟芯片，处理数字信号的芯片叫做数字芯片。那什么叫做模拟信号和数字信号呢？

模拟信号: 模拟这个词真的很难解释，就像是解释“太极”二字一样，你能理解，但是表达不出来。说简单点就是连续信号，也就是连续发出的，比如我们发出的声音等等，最典型的就是正弦波，如下

其实大自然中大部分信号都是模拟信号。

数字信号： 就是离散信号，简单点就是不连续的，如果我们用数字信号来描述上面的正弦波。

在现在的芯片中，早已经不是单纯的模拟芯片或者是数字芯片了。现在的芯片里面既能处理模拟信号的部分，也能处理数字信号的部分。主要看哪个多哪个少，如果处理模拟信号的部分多一些，就叫做模拟芯片，反之叫做数字芯片。

按照不同应用场景来分类

如果按照这个标准类分类，大概可以分为4类，民用级（消费级），工业级，汽车级，军工级（还有人把航天级芯片当作第5类，不过都无所谓了，大家能理解就可以）。还是回到那个例子，按照不同应用场景就有点类似于上面的"炒"这个词，它不是"炖"，"蒸"，"炸"。比如消费级芯片，我们比作是"炒"，工业级比作是"炖"，汽车级比作是"炸"等等。

不同级别的芯片对应的标准也不一样，具体情况这里简单的讲一下，如下图不同级别的芯片，对于工作温度，工艺处理方式都不同。

前面说过，我们的分类是相互独立的，所以一个芯片既可能是模拟芯片也可能是消费级芯片 。比如手机指纹识别芯片，我们可以叫他模拟芯片，也可以叫他消费级芯片，都是指这颗芯片。就比如上面端的那盘炒土豆丝，你既可以叫它炒菜，也可以叫它土豆，但是指的是相同的一盘菜。

按照制造工艺来分

这种分类可能最常见，我们平时经常听到7nm芯片，14nm芯片等等，都是按照这个工艺来分的。对于上面这个例子来讲，类似于上面例子中土豆丝的直径。7nm芯片表示的是这个土豆丝的直径有7nm（只是举例子，不要太较真），14nm芯片就是土豆丝的直径有14nm。所以就有了7nm芯片制造了数字芯片，制造了CPU，GPU等等。

按照使用功能来分类

这种分类方式是也是大家最常见的，比如GPU，CPU，FPGA，DSP，ASIC，SOC等等，都是按照这个分类方式分类的。放到上面的例子就是我们吃的是土豆丝（GPU），强调的是“丝”，不是“土豆块”（CPU），土豆泥（FPGA）。关于上面几种芯片的具体分别，撸主会单独写一篇文章来说明。大家在这里只需要了解这个分类方式就可以了。

既然有这么多分类方式，那么问题来了，该怎么去形容这颗芯片呢？你可以用7nm来形容，也可以用来CPU来形容，也可以用数字芯片来形容，哪一种都没有错，所以你才在新闻上看到这么多对于芯片的不同叫法。

"我吃了一盘只有7nm宽的炒土豆丝"，翻译成芯片用语，就是"我使用了一颗7nm工艺制作的民用级数字芯片GPU" 。当然你可以用“炒菜”“土豆丝”等等不同的用语来形容这道菜，但是这始终是同一道菜。就像是你可以用“7nm芯片”“数字芯片”“民用级芯片”等等不同的标准来形容这款GPU一样，他们只是根据不同的标准来形容同一件事情而已。

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