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半导体芯片小白基础知识 (1) (28 天写作 Day22/28)

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发布于: 2021 年 01 月 29 日
半导体芯片小白基础知识(1) (28天写作 Day22/28)

Day18(汽车AI芯片)的时候,简单地聊过汽车 AI 芯片相关的话题,今天想继续给自己扫盲下芯片的基础知识。 很多内容都来自文献[1]。

半导体 -> 二极管 -> 门电路 -> 芯片(集成电路)

看很多深入准确的解释,反正也记不住,还不如来个最小白的理解(极其极其不严谨!!!)。

  • 导体:导电的物质。双向。

  • 绝缘体:不导电的物质。

  • 半导体:导电还是不导电,分情况,特别暧昧,于是乎也最有价值(世界底层原理原来都是这么 jian 呀)。

  • PN 结:用 P 型半导体和 N 型半导体搞成一个'PN 结',它具有'单向导电性',这个就有价值了。

  • 二极管: 把 PN 结两端接上导线,就是二极管。

  • 门电路: 有了二极管,就可以搭逻辑门电路了。'与/或/非'啥的。


看图。

与门电路(三角是二极管)


或门电路(三角是二极管)


芯片(集成电路):一大坨门电路集成在一起,可以完成复杂的逻辑运算,就是芯片。


埃尼阿克 ENIAC vs. 指甲盖大小芯片

ENIAC


([4])世界上第一台现代电子数字计算机埃尼阿克(ENIAC),诞生于 1946 年 2 月 14 日的美国宾夕法尼亚大学,并于次日正式对外公布。 ENIAC 长 30.48 米,宽 6 米,高 2.4 米,占地面积约 170 平方米,30 个操作台,重达 30 英吨,耗电量 150 千瓦,造价 48 万美元。它包含了 17,468 根真空管(电子管)7,200 根晶体二极管,1,500 个中转,70,000 个电阻器,10,000 个电容器,1500 个继电器,6000 多个开关,计算速度是每秒 5000 次加法或 400 次乘法,是使用继电器运转的机电式计算机的 1000 倍、手工计算的 20 万倍。


但是 ENIAC 的计算能力和现在指甲盖大小一片芯片的计算性能简直无法比,百亿级的差距。


还记得之前介绍过的 Orin 芯片吗?

Orin


NVIDIA Orin 芯片的单片运算能力可达到每秒 200TOPS(每秒 200 万亿次运算)


半导体产品的构成

半导体产品主要包括两大类:

  • 集成电路 IC(即我们常说的芯片)

  • 半导体分立器件(D-O-S)。

集成电路/芯片可分为数字电路和模拟电路。

数字电路又可分为

  • 微处理器,

  • 逻辑电路,

  • 存储器。

半导体分立器件可分为分立器件(二极管、三极管等)、光电子器件和敏感器件。

芯片( 集成电路)的比较准确的定义

([2])芯片( 集成电路),指通过一系列特定平面制造工艺,将晶体管、二极管等有源器件和电阻、电容等元器件,按照一定电路互连关系,“集成”在一块半导体单晶片上,并封装在一个保护外壳内,能执行特定功能的复杂电子系统。

芯片产业链概述

集成电路/芯片的产业链上游主要是集成电路/芯片制造所需的原材料和生产设备。

集成电路/芯片的生产工序主要涉及芯片设计、晶圆加工、封装和测试。

集成电路/芯片主要应用于通信设备(包括手机)、PC/平板、消费电子、汽车电子等下游行业。

芯片主要工序

芯片的主要工序为

  • IC 设计: 美国的高通、博通、AMD,英伟达(Nvidia)、中国台湾的联发科,大陆的华为海思、展讯

  • 晶圆制造(晶圆代工): 台积电、中芯国际

  • 封装和测试: 长电科技、华天科技、通富微电

IC 设计公司根据下游用户(系统厂商)的需求设计芯片,然后交给晶圆代工厂(即晶圆制造厂)进行制造,其主要任务就是把 IC 设计公司设计好的电路图移植到硅晶圆制造公司(即硅片制造商)制造好的硅片上。完成后的晶圆再送往下游的 IC 封测厂,由封装测试厂进行封装测试,最后将性能良好的 IC 产品/芯片出售给系统厂商。

更多概念术语

晶圆

光刻机

。。。

(未完待续)

参考文献

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