芯片=电脑 CPU？打住！它远没有你想象的简单

如果提到芯片，很多人第一反应可能就只有电脑里的 CPU。那么芯片到底是什么？在网络中进行搜索，芯片指的是一种集成电路，在电子学中是一种将电路（主要包括半导体设备，也包括被动组件等）小型化的方式，并时常制造在半导体晶圆表面上。简单来说，芯片就是半导体上单种或多种集成电路形成的产品 ，而集成电路并不像我们中学学到的电线电路，而是一些微型电路。

由集成电路和芯片构成的主板。图库版权图片，不授权转载

“芯片”的“芯”指的是它的重要性。在现代社会中，很多芯片扮演着“大脑”的作用，作为设备的核心，芯片的使用让设备变得“智能”。而“芯片”的“片”则代表它的形态，芯片大部分都是片型，这种高度集成的形态便于将其放入各种设备中。

芯片的应用非常广泛，因此其分类也十分复杂。提及芯片，大部分人可能会单纯将芯片和电脑 CPU 划上等号。然而，芯片所涵盖的范围远不及此，电脑 CPU 只是芯片所发挥的各种功能中的一种。

01

芯片的分类

按照功能分类，芯片可以分为 4 种，分别是：

以电脑的核心 CPU（中央处理器）、GPU（图像处理的芯片）为代表的计算芯片；以内存芯片 ROM（只读存储器）、DRAM（动态随机存储器）为代表的存储芯片；以相机核心 CMOS（互补金属氧化物半导体存储器）为代表的感知芯片；以 AC/DC 电源管理芯片为代表的能源芯片和以 5G 为代表的通信芯片等。

可以这么说，人们日常生活的方方面面都离不开芯片。

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按照不同应用场景分类，芯片还可以分为消费级、工业级、汽车级和军工级芯片。除性能外，它们的主要区别在于工作温度及环境承受能力。

比如，我国嫦娥四号的 CPU 的运算速度只有你手机芯片的几十分之一，可能你会感到奇怪，为什么如此先进的登月技术却用这么“慢”的 CPU 呢？这是因为二者的工作环境存在差异 。

手机芯片安稳“躺”在主板上，室温稳定，远离水、磁，还有散热片防止它“发烧”，这样的工作环境，完全可以用“舒适”来形容。我们好吃好喝的照顾，它还偶尔会抽风死机。而嫦娥四号的 CPU 所处的太空环境温差达到 300℃，而且时时刻刻都暴露在致命的宇宙辐射下。因此，嫦娥四号的 CPU 需要从材料、系统、结构等各个方面进行特殊设计，从而使其能够与宇宙环境作“对抗”。

因此，对于军工产品或航天设备来说，保证芯片在不同复杂环境条件下的工作稳定性和可靠性才是最重要的考虑因素。

嫦娥四号，图片来源：中华人民共和国中央人民政府官网

如今，芯片的制程工艺 越来越受到到人们的重视。所谓的“几纳米工艺”，以前通常指的是芯片中晶体管的栅极长度，数字越小就代表着单位面积芯片的晶体管集成度越高，其性能也越强。然而，随着芯片的晶体管数量越来越多，人类在 CPU 上的工艺进步逐渐放缓，现在的制程和栅极长度已无法匹配 。

02

从模拟信号到数字信号

开启自然界的数字化篇章

自然界的事物都是连续的，如连续的时间，连续的水流，“连续”的长度。最初科学家的发明也是“连续的”，例如，有线电话和无线广播都是直接传送和源头一模一样的声音波形，早期的胶片摄影依靠化学材料感光，类似于人眼的频谱映射，从而产生图像。这种“连续”信号我们将其称为“模拟信号 ”。模拟信号完整捕捉或还原了自然，其看似是一个很完美的技术。然而，现实情况果真如此吗？

信号在传输过程中要经过许多环节的处理和转送，在这些过程中，模拟信号会受到干扰 ；同时，如果是有线传输，其线路附近的电气设备也会产生电磁干扰。如果是人类所追求的无线传输，开放环境由于存在更多的不可抗力因素，使得模拟信号几乎无法使用，严重影响通讯质量。为此，人们想了许多办法努力恢复模拟信号，但都无法从根本上解决干扰的问题。

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不过，后来人类发现，如果将连续的模拟信号转化成离散的数字信号 ，问题就会迎刃而解。虽然相较模拟信号而言，离散的数字信号天生就存在误差和分辨率，但由于数字信号在运输过程中具有天生的优势，它可以大大缓解信号的干扰与噪声。因此，困扰人们多年的问题得到了解决。

从发明数字信号这一刻开始，自然界的数字化进程便开始了。想要得到连续的图像？可以！将图片拆解为一块一块像素，再将每个像素的颜色分为红绿蓝不同亮度的组合，图像就可以变成无数二进制数字。想要得到连续的声音？也可以！先将连续信号离散化，然后将每部分用二进制表示，二进制的位数反映了声音波形的精度，最后再进行编码即可变成数字。

模拟信号（上）和数字信号（下）

几乎自然界所有物体都可以被我们在数字世界模拟出来，最终世界“归于”1 和 0 两个数字。所以那句“世界是你们的，也是我们的，但终究是程序员的”很有道理。

03

半导体

芯片“挥洒文采”的“白纸”

正如诗人满腹经纶的文采需要挥洒在白纸上，芯片上的逻辑电路也需要这样一张“白纸”，去展现它的“实力”。而半导体——主要是由高纯度硅制作的硅片，就可以作为“白纸”，让电路设计师在上面肆意挥洒智慧，制作出各种功能的高性能芯片。因此，在芯片中，半导体和集成电路同样重要。但你有没有想过，为什么人们会选择半导体作为“白纸”呢？为什么人们在众多半导体中又选择了“硅”这种元素呢？

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半导体有很多神奇的性质，它区别于容易导电的导体和几乎无法导电的绝缘体。从字面意思而言，可以将半导体理解为一种导电性介于导体和绝缘体之间的物质。然而，半导体远没有这么简单，“半”更体现在“变”，它的导电性可以随条件变化而发生剧烈的转化 。

首先是掺杂 。纯净的半导体接近绝缘体，几乎无法导电。但如果在半导体中掺杂，它的导电性会急剧增加，如果掺杂过多，甚至会像导体那样非常容易导电。此外，掺杂不同的原子，可以让半导体呈现或正或负的电性，分别称为 P 型半导体 和 N 型半导体 。根据这两种半导体，科学家们制作出了二极管、三极管等设备，这些设备可以用来制作能够加减乘除的运算器、实现与或非的逻辑电路、完成复杂的运算。

其次是电压 。如果将P型和N型半导体碰在一起，它们内部的电子在电场或扩散等的作用下，会在两种半导体间形成一个“耗尽层”。当施加不同方向的电压时，增厚或减薄耗尽层，同样可以实现电路的通或断。而这种电压控制下的通断转化，是迅速的、可逆的、可反复进行的。

如果将电路的通看作“1”，断看作“0”，就会发现芯片的通断居然和数字信号如此融洽。如果自然界可以由0和1组成，那么半导体就是构建世界的画笔。依据半导体神奇的特性，以它为原材制备的芯片可以实现你能想象到的所有功能。无论是在游戏中模拟出无法分辨的真实世界，还是打造极像人类思维的人工智能，芯片最终可以将人类送入数字的时代。

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04

半导体中的“佼佼者”——硅

硅并不是天生的宠儿。最初，人类选择锗作为芯片材料，并且此后整个行业也一直试图找出可以替代硅的其他半导体，砷化镓、氮化镓等半导体也随之应运而生，但它们都无法取代硅在芯片行业中统治般的地位。这是由于硅有如下几个巨大的优势：

1. 首先，硅在自然界中极其丰富 。硅在地壳中的含量达到 28.6%，广泛存在于岩石、砂砾、尘土之中，仅次于氧，甚至硅在宇宙中的储量排在第八位。

2. 掺杂性好。半导体的优势之一就是掺杂性，而硅正是最适合掺杂的材料之一 。

3. 此外，硅的物理和化学性质相对更稳定 ，做出的芯片不容易损坏。

4. 硅还具有极好的电子迁移率 。迁移率指的是载流子（电子和空穴）在单位电场作用下的平均漂移速度，即载流子在电场作用下运动速度的快慢程度。迁移率是材料的电导率的决定性因素之一，迁移率越大，电阻率越小，通过相同电流时，功耗越小，产生的热量少，因此电流承载能力就越大。除功耗小以外，高迁移率还会影响到器件的工作频率。例如，晶体管的截止频率和载流子迁移率成正比，因此，提高载流子迁移率，就能够提升晶体管的开关速度，从而提升芯片的性能。

5. 此外，硅有着致密氧化物 ——氧化硅。氧化硅不溶于水也不溶于大部分酸，这和印刷电路板技术“一拍即合”，结合的产物就是现在的集成电路平面工艺。

6. 最后，硅容易提纯 。经过数十年的研究，现在我们已经能够生产纯度高达99.999999999%的硅，这几乎是自然界中最纯净的物质。提纯对于芯片制作而言非常重要，随着一枚芯片中所包含的晶体管数量越来越多，芯片结构长度达到纳米级别，在这种情况下，制作如此精密的结构所需要的“白纸”就需要尽可能平整，洁白，即硅片需要具有高纯净度 、高平整度 、高清洁度 和低杂质污染度 的属性，才能完美保持芯片设计的功能。

硅片，图库版权图片，不授权转载

看到这里，或许可能有人想知道，既然硅片的作用如此重要，想必它的制作过程一定很困难。其实，制作硅片的过程并不难，但如何才能制作出这么纯净的硅片呢？请听下回分解。

出品｜科普中国

作者｜王智豪（中国科学院长春光学精密机械与物理研究所）

监制｜中国科普博览

选送单位：中国科学院计算机信息网络中心

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想要了解PC、服务器电源采用哪些隔离驱动芯片，看这篇文章就够了

前言

在开关电源系统中，"隔离"一词意味着电路之间的分离，这种设计使得不同电路可以拥有不同的电位，同时通过光耦、电感、变压器等方式传递信号或电流。这样的电路设计旨在满足开关电源的安规要求的同时提升电气性能，有效避免高压侧干扰或故障对低压侧产生直接影响，从而保护低压侧的元器件和受电设备安全。

在PC和服务器电源领域，隔离驱动芯片已经得到广泛应用。充电头网对过去拆解的24款相关案例进行了整理，发现其中有11款产品内置了隔离芯片。下文将详细介绍这些案例，以帮助大家更好地了解隔离驱动芯片在PC和服务器电源中的应用情况。

PC、服务器电源内置的隔离驱动芯片

文中出现的多款隔离驱动芯片如图所示，下文小编将为您详细介绍。

将文中出场的厂商占比绘制成饼图，发现德州仪器占比最高，达到50%。

另将单颗芯片的应用次数绘制成条形图，发现德州仪器UCC27424应用次数最多，可达3次。

AcBel康舒

康舒550W碳化硅服务器电源

这款电源用料非常的豪华，从头看到尾，芯片来自德州仪器、意法、英飞凌、微芯等知名大厂，而且用上了碳化硅器件以及日系电容来保证电源的使用寿命。此外还内置多颗热敏电阻检测不同位置的温度。从这款电源的内部构造可以看出康舒旗下产品质量足够可靠，同时也是其能成为一家国际知名电源大厂的原因之一。

内置隔离驱动芯片

TI德州仪器UCC27324

这款服务器电源内置德州仪器UCC27324来驱动隔离变压器。

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1、20元的550Ｗ碳化硅电源做工如何？暴力拆解揭晓

Apexgaming艾湃电竞

美商艾湃电竞750W白金牌全模组SFX电源

Apexgaming美商艾湃电竞推出的SFX-750M SFX电源具有80PLUS白金认证，全模组设计和全日系电容卖点，确保电源在高效转换的同时，稳定耐用。搭配全模组定制线材，装机的过程更为简单，并且也更加清爽。

内置隔离驱动芯片

Silicon Labs芯科Si8233BD

内置的隔离驱动器来自芯科，型号Si8233BD，是一颗双路隔离驱动器，具备4A峰值驱动电流，用于初级LLC开关管驱动。

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1、拆解报告：美商艾湃电竞750W白金牌全模组SFX电源

ARUS华硕

华硕ROG 1600W钛金牌雷神2代电源

充电头网通过拆解了解到，ROG雷神1600W电源内部共由10块PCB组成，功能分别对应输入EMI滤波，整机交错PFC及全桥LLC控制，同步整流，输出滤波，DC-DC降压以及灯光控制，风扇转速控制等功能，相比传统电源具备更可靠的保护以及更高的灵活度，对应的小板也可以用于生产不同功率的电源，满足更多消费者的需求。

内置隔离驱动芯片

Silicon Labs芯科Si8230BD

一颗芯科Si8230BD用于全桥LLC驱动的隔离驱动器。

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DELL戴尔

戴尔495W白金牌服务器电源

戴尔这款服务器电源大约为2014年以后生产，为12V输出，输出电流为41.25A，最大输出功率为495W，通过了80 PLUS 白金标准，由台达电子代工。另外这款电源提供12V待机电源，输出电流为3A。电源为砖块造型，采用PCB金手指连接器。

内置隔离驱动芯片

TI德州仪器UCC27424

内置一颗德州仪器UCC27424用于驱动隔离变压器。

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戴尔1100W白金服务器电源

戴尔这款服务器电源大约为2014年以后生产，为12V输出，输出电流为91.6A，最大输出功率为1100W，通过了80 PLUS白金标准。另外这款电源提供12V待机电源，输出电流为3A。电源为砖块造型，采用PCB金手指连接器。

内置隔离驱动芯片

TI德州仪器UCC27424

两颗德州仪器UCC27424用于隔离变压器驱动。

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HUAWEI华为

华为750W白金牌服务器电源

华为这款750W服务器电源输出电压为12V，输出电流为62.5A，待机电源输出电压12V，输出电流为2.5A。电源总输出功率为750W，并通过了80PLUS 白金标准。相较其他品牌的电源由代工厂代工，华为这款服务器电源为自家生产。电源交流输入端设有风扇和指示灯，输出端采用PCB金手指连接。电源内置的散热风扇从金手指连接器位置格栅吸入空气，从交流输入端吹出，带走电源工作时产生的热量。

内置隔离驱动芯片

ST意法PM8834

用于驱动隔离变压器的驱动器为意法PM8834。该芯片是一款灵活的高频双低压侧驱动器，芯片的两个输出端均可独立输出4A电流，将两个PWM输出并联可获得更大的驱动电流。

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华为3000W氮化镓服务器电源

华为这款3000W功率的氮化镓电源采用短身设计，外观上看起来就像是1U电源折叠起来的样子。电源为金属外壳，在侧面通过螺丝装配，侧面的外壳上还有冲孔，用于空气流通，进行散热。该电源型号为TMN1APSU，输出规格为53.5V 56.1A，计算输出功率为3000W，并且支持根据输入电压的降低，对应降低输出功率。电源端面设有散热风扇和电源输入插座，输出侧设有散热格栅和输出金手指。

内置隔离驱动芯片

TI德州仪器UCC21520A

该服务器电源内置两颗德州仪器UCC21520A，这是一颗隔离式双通道栅极驱动器，支持低侧，高侧和半桥应用。芯片具备4A峰值拉电流和6A峰值灌电流输出，用于驱动LLC开关管。

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华为3000W服务器电源R4850G2

华为这款R4850G2整流模块采用数字化控制，支持宽范围电压输入，默认输出电压为53.5V。这款模块没有外置电源线，输入，输出和通信引脚全部通过尾部的金手指连接，干净整洁。模块整体采用金属外壳，螺丝固定，在前端设有散热进气格栅，后端设有金属格栅，内置散热风扇进行散热。在模块前端设有指示灯，进行工作状态和故障指示。

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内置隔离驱动芯片

内置一颗用于驱动隔离变压器的驱动芯片，无丝印，型号不明。

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Segotep鑫谷

鑫谷昆仑650W金牌全模SFX电源

鑫谷昆仑KL-M650G SFX电源除有80PLUS金牌认证、全模组、日系电容等卖点，小巧机身也是吸引很多人购买的一个点，充电头网实测机身三维仅为125*100*63.5mm，侧面看去仅有一听可乐大小，不与主板显卡抢空间，是一款专为ITX机箱设计的电源。不仅体积小，电源在效率、波纹方面的表现也很亮眼，650W额定功率轻松应对中高阶系统需求。

内置隔离驱动芯片

Novosense纳芯微NSi6602

内置一颗纳芯微高可靠性隔离式双通道栅极驱动器NSi6602，用于同步整流管驱动。

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LITEON光宝

光宝460W白金牌服务器电源

光宝科技这款服务器电源大约为10年前生产，电源为12V输出，输出电流为38.3A，输出功率为460W，通过了80 PLUS 白金标准。此外电源还具备12V待机电压输出，输出电流为2.5A。电源采用板砖造型，采用金手指连接器，支持热拔插。电源内置轴流风扇，从连接器位置吸入空气，从接线处吹出带走热量，为服务器电源的常规做法，并设有提手和快拆把手，便于取出更换。

内置隔离驱动芯片

TI德州仪器UCC27424

这款服务器电源内置两颗德州仪器UCC27424驱动器用于隔离变压器驱动。

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充电头网总结

充电头网了解到，隔离驱动芯片正广泛应用于高功率户外电源、笔记本电脑适配器、PC电源及服务器电源等追求高效、高性能的产品中，有效保障了复杂环境下电源系统长时间工作的安全性与稳定性。

通过分析文中12款PC及服务器电源隔离驱动芯片应用案例，我们可以发现，在厂商占有率方面方面，除未知芯片外，德州仪器以50%的优势拔得头筹，芯科紧随其后，占据20%的占比位列第二，而纳芯微与意法则以各自10%的占比并列第三。进一步细化至具体芯片应用频次，德州仪器的UCC27424芯片凭借3次的实际应用次数占据榜首，其余6款芯片则各自只有一次应用。

文中数据来源于充电头网自购拆解数据库，仅供参考。

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