半導(dǎo)體器件分為4大類:
1. 集成電路(Integrated Circuits)2. 分立器件(Discrete Semiconductors)
3. 傳感器件(Sensors)4. 光電器件(Optoelectronics)
集成電路又可以分為模擬電路,、微處理器、邏輯器件,、存儲(chǔ)器件四類,。
從半導(dǎo)體銷售份額看,,集成電路作為半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)中最大的消費(fèi)領(lǐng)域,長(zhǎng)期占半導(dǎo)體總銷售份額 80%以上,。由于集成電路在半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)市場(chǎng)規(guī)模占比極高,,所以很多人對(duì)半導(dǎo)體器件和集成電路之間的概念并沒(méi)有分得這么清楚。其實(shí)半導(dǎo)體產(chǎn)品的分類方式有很多,,我們可以從以下幾個(gè)方面進(jìn)行分類,。
【按照處理信號(hào)分類】
處理模擬信號(hào)的芯片叫做模擬芯片,處理數(shù)字信號(hào)的芯片叫做數(shù)字芯片,。
信號(hào)是反映信息的物理量,,如工業(yè)控制中的溫度、壓力,、流量,、自然界的聲音等,因而信號(hào)是信息的表現(xiàn)形式,。由于電信號(hào)容易傳播,、處理和控制,人們常將非電的物理量通過(guò)各種傳感器轉(zhuǎn)換成電信號(hào),,以達(dá)到提取,、傳送、交換,、存儲(chǔ)等目的,。信號(hào)的形式是多種多樣的,,例如:根據(jù)信號(hào)是否具有隨機(jī)性分為確定信號(hào)和隨機(jī)信號(hào),根據(jù)信號(hào)是否具有周期性分為周期信號(hào)和非周期信號(hào),,根據(jù)對(duì)時(shí)間的取值分為連續(xù)時(shí)間信號(hào)和離散時(shí)間信號(hào)等等,。
模擬信號(hào)在時(shí)間和數(shù)值上具有連續(xù)性,即對(duì)應(yīng)于任意時(shí)間t均有確定的函數(shù)值u或i與之對(duì)應(yīng),,簡(jiǎn)單地理解模擬信號(hào)就是連續(xù)信號(hào),,比如我們發(fā)出的聲音就是最典型的正弦波連續(xù)信號(hào),如下圖所示:
模擬信號(hào)
數(shù)字信號(hào)在時(shí)間和數(shù)值上均具有離散性,,電壓或電流的變化在時(shí)間上不連續(xù),,總是發(fā)生在離散的瞬間。離散的數(shù)字信號(hào)(如用 0 和 1 兩個(gè)邏輯電平來(lái)表示的二進(jìn)制碼)進(jìn)行算術(shù)和邏輯運(yùn)算的集成電路,,其基本組成單位為邏輯門電路,。
數(shù)字信號(hào)
大多數(shù)物理量轉(zhuǎn)換成的電信號(hào)均為模擬信號(hào)。外界非電物理量經(jīng)傳感器轉(zhuǎn)化為電信號(hào)后,,在模擬芯片構(gòu)成的系統(tǒng)里進(jìn)行進(jìn)一步的放大,、濾波等處理。處理后的模擬信號(hào)既可以通過(guò)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器輸出到數(shù)字系統(tǒng)進(jìn)行處理,,也可以直接輸出到執(zhí)行器,。芯片對(duì)信號(hào)的處理并不是單純處理模擬信號(hào)或數(shù)字信號(hào)。芯片里面有既能處理模擬信號(hào)的部分,,也能處理數(shù)字信號(hào)的部分,。分類的重要標(biāo)準(zhǔn)是元件對(duì)哪種信號(hào)占比更大,如果處理模擬信號(hào)的部分多一些,,就叫做模擬芯片,,反之叫做數(shù)字芯片。
模擬芯片產(chǎn)品種類多,,常見(jiàn)的有集成運(yùn)算放大器,、數(shù)模轉(zhuǎn)換器、乘法器,、集成穩(wěn)壓器,、定時(shí)器、信號(hào)發(fā)生器,、比較器等,,每一類有很多個(gè)系列的產(chǎn)品。單一產(chǎn)品往往可以用在不同客戶,、不同領(lǐng)域,,模擬芯片生命周期很長(zhǎng),終端客戶需求穩(wěn)定,,周期性很弱,。
數(shù)字芯片是近年來(lái)應(yīng)用最廣,、發(fā)展最快的IC品種,可分為通用數(shù)字IC和專用數(shù)字IC,。通用IC是指那些用戶多,、使用領(lǐng)域廣泛、標(biāo)準(zhǔn)型的電路,,如存儲(chǔ)器(DRAM,、Flash等)、微型元件(微處理器MPU,、微控制器MCU、數(shù)字處理器DSP等),、邏輯電路(門陣列,、顯示驅(qū)動(dòng)器等)等,反映了數(shù)字IC的現(xiàn)狀和水平,。專用IC(ASIC)是指為特定的用戶,、某種專門或特別的用途而設(shè)計(jì)的電路。
【按照制造工藝分類】
這種分類可能是我們最為常見(jiàn)的,,比如時(shí)常聽(tīng)到的14nm芯片,、7nm芯片等就是按照制造工藝來(lái)劃分芯片的。此處的7nm,、14nm 是指芯片內(nèi)部晶體管柵極的最小線寬(柵寬),,下圖展示國(guó)際上芯片制造工藝的進(jìn)展。
工藝制程反映半導(dǎo)體制造技術(shù)先進(jìn)性,,從當(dāng)前的制程工藝發(fā)展情況來(lái)看,,一般是以28nm為分水嶺,來(lái)區(qū)分先進(jìn)制程和傳統(tǒng)制程,。小于28nm的制程被稱為先進(jìn)制程,。5nm、3nm等制程目前還沒(méi)有進(jìn)入量產(chǎn)階段,,能進(jìn)入這幾個(gè)制程節(jié)點(diǎn)的企業(yè)不多,,臺(tái)積電和三星是目前僅有量產(chǎn)實(shí)力的企業(yè)。
一般情況下,,工藝制程越先進(jìn),,芯片的性能越高,但制程先進(jìn)的芯片制造成本也高,。市場(chǎng)調(diào)研機(jī)構(gòu)指出,,通常情況下,一款 28nm芯片的設(shè)計(jì)研發(fā)投入約 1-2 億元,,14nm 芯片約 2-3 億元,,研發(fā)周期約 1-2 年?,F(xiàn)在工藝制程的發(fā)展已經(jīng)逼近極限,從平衡成本和性能上來(lái)考慮,,工藝制程并非越先進(jìn)越好,,而是選擇合適的更好。不同種類的芯片在制程最優(yōu)選擇上會(huì)有差異,,比如數(shù)字芯片對(duì)先進(jìn)制程要求高,,但是模擬芯片則不一定。
【按照使用功能分類】
此種分類方式應(yīng)該是半導(dǎo)體元件分類中最復(fù)雜,,但也是最常用的方式,。
計(jì)算功能
這類芯片主要用來(lái)計(jì)算分析的,和人體大腦類似,,分為主控芯片和輔助芯片,。主控芯片中有CPU/SoC/FPGA/MCU,輔助芯片有主管圖形圖像處理的GPU和人工智能計(jì)算的AI芯片,。
數(shù)據(jù)存儲(chǔ)功能
DRAM,SDRAM,ROM,NAND,NOR Flash等,,主要是用于數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。
感知功能
主要為傳感器,,如MEMS,,指紋芯片,CIS,,CMOS等,,主要通過(guò)望聞問(wèn)切來(lái)感知外部世界。
傳輸功能
藍(lán)牙,、WI-FI,,NB-IOT,寬帶,,USB接口,,以太網(wǎng)接口,HDMI接口,,驅(qū)動(dòng)控制等,,用于數(shù)據(jù)傳輸。
電源供電功能
電源芯片,,DC-AC,,AC-DC,DC-DC,,LDO,,PMU等,用于電源供給。
【按照設(shè)計(jì)方式分類】
以設(shè)計(jì)方式分類,,當(dāng)今的半導(dǎo)體設(shè)計(jì)有兩大陣營(yíng):FPGA 和 ASIC,。其中FPGA發(fā)展在先,目前仍是主流應(yīng)用,。
簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)FPGA是通用可編程邏輯芯片,,可以DIY編程實(shí)現(xiàn)各種各樣的數(shù)字電路;ASIC是上文所說(shuō)的專用數(shù)字芯片,,設(shè)計(jì)好數(shù)字電路后,,流片生成出來(lái)的是不可以更改的芯片。前者的特點(diǎn)在于可重構(gòu)定義芯片功能,,靈活性強(qiáng),;后者的專用性強(qiáng),一般是針對(duì)某一特定應(yīng)用定制開(kāi)發(fā),。
兩種芯片都是隨著半導(dǎo)體工藝發(fā)展和物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用需求而來(lái),,從幾十納米到現(xiàn)在的7納米制程,性能都在不斷提升,。應(yīng)用方向差異卻逐漸明顯:FPGA在上市速度,、一次性測(cè)試成本,、配置性上表現(xiàn)突出,;而ASIC在運(yùn)算性能、量產(chǎn)成本上遠(yuǎn)勝于FPGA,。不過(guò),,因?yàn)锳SIC 是固定的電路,如果設(shè)計(jì)更新,,新一代芯片就要重新設(shè)計(jì),,定模,加工,。雙方算是各有所長(zhǎng),。