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)中最大的消費領(lǐng)域,,長期占半導(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)市場規(guī)模占比極高,,所以很多人對半導(dǎo)體器件和集成電路之間的概念并沒有分得這么清楚,。其實半導(dǎo)體產(chǎn)品的分類方式有很多,我們可以從以下幾個方面進(jìn)行分類,。
【按照處理信號分類】
處理模擬信號的芯片叫做模擬芯片,,處理數(shù)字信號的芯片叫做數(shù)字芯片。
信號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,,因而信號是信息的表現(xiàn)形式。由于電信號容易傳播,、處理和控制,,人們常將非電的物理量通過各種傳感器轉(zhuǎn)換成電信號,以達(dá)到提取,、傳送,、交換、存儲等目的,。信號的形式是多種多樣的,,例如:根據(jù)信號是否具有隨機性分為確定信號和隨機信號,根據(jù)信號是否具有周期性分為周期信號和非周期信號,,根據(jù)對時間的取值分為連續(xù)時間信號和離散時間信號等等,。
模擬信號在時間和數(shù)值上具有連續(xù)性,即對應(yīng)于任意時間t均有確定的函數(shù)值u或i與之對應(yīng),,簡單地理解模擬信號就是連續(xù)信號,,比如我們發(fā)出的聲音就是最典型的正弦波連續(xù)信號,如下圖所示:
模擬信號
數(shù)字信號在時間和數(shù)值上均具有離散性,,電壓或電流的變化在時間上不連續(xù),,總是發(fā)生在離散的瞬間,。離散的數(shù)字信號(如用 0 和 1 兩個邏輯電平來表示的二進(jìn)制碼)進(jìn)行算術(shù)和邏輯運算的集成電路,其基本組成單位為邏輯門電路,。
數(shù)字信號
大多數(shù)物理量轉(zhuǎn)換成的電信號均為模擬信號,。外界非電物理量經(jīng)傳感器轉(zhuǎn)化為電信號后,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,。處理后的模擬信號既可以通過數(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,。芯片對信號的處理并不是單純處理模擬信號或數(shù)字信號,。芯片里面有既能處理模擬信號的部分,也能處理數(shù)字信號的部分,。分類的重要標(biāo)準(zhǔn)是元件對哪種信號占比更大,,如果處理模擬信號的部分多一些,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,常見的有集成運算放大器,、數(shù)模轉(zhuǎn)換器,、乘法器、集成穩(wěn)壓器,、定時器,、信號發(fā)生器、比較器等,,每一類有很多個系列的產(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,,終端客戶需求穩(wěn)定,周期性很弱,。
數(shù)字芯片是近年來應(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)計的電路,。
【按照制造工藝分類】
這種分類可能是我們最為常見的,,比如時常聽到的14nm芯片、7nm芯片等就是按照制造工藝來劃分芯片的,。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)展情況來看,,一般是以28nm為分水嶺,,來區(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等制程目前還沒有進(jìn)入量產(chǎn)階段,能進(jìn)入這幾個制程節(jié)點的企業(yè)不多,,臺積電和三星是目前僅有量產(chǎn)實力的企業(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。市場調(diào)研機構(gòu)指出,,通常情況下,,一款 28nm芯片的設(shè)計研發(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)選擇上會有差異,,比如數(shù)字芯片對先進(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,。
計算功能
這類芯片主要用來計算分析的,,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和人工智能計算的AI芯片。
數(shù)據(jù)存儲功能
DRAM,SDRAM,ROM,NAND,NOR Flash等,,主要是用于數(shù)據(jù)存儲,。
感知功能
主要為傳感器,如MEMS,,指紋芯片,,CIS,CMOS等,,主要通過望聞問切來感知外部世界,。
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)計方式分類】
以設(shè)計方式分類,,當(dāng)今的半導(dǎo)體設(shè)計有兩大陣營:FPGA 和 ASIC,。其中FPGA發(fā)展在先,目前仍是主流應(yīng)用,。
簡單來說FPGA是通用可編程邏輯芯片,,可以DIY編程實現(xiàn)各種各樣的數(shù)字電路;ASIC是上文所說的專用數(shù)字芯片,,設(shè)計好數(shù)字電路后,,流片生成出來的是不可以更改的芯片,。前者的特點在于可重構(gòu)定義芯片功能,靈活性強,;后者的專用性強,,一般是針對某一特定應(yīng)用定制開發(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,,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,、一次性測試成本,、配置性上表現(xiàn)突出;而ASIC在運算性能,、量產(chǎn)成本上遠(yuǎn)勝于FPGA,。不過,因為ASIC 是固定的電路,,如果設(shè)計更新,,新一代芯片就要重新設(shè)計,定模,,加工,。雙方算是各有所長。