Jak klasyfikować półprzewodniki

Istnieje sześć klasyfikacji półprzewodników, które są klasyfikowane według standardu produktu, typu sygnału przetwarzania, procesu produkcyjnego, funkcji użytkowej, dziedziny zastosowania i metody projektowania.

1ã Klasyfikacja według normy produktu

Półprzewodniki można podzielić na cztery kategorie: układy scalone, urządzenia dyskretne, urządzenia fotoelektryczne i czujniki. Wśród nich najważniejsze są układy scalone.

Układy scalone, mianowicie układy scalone, chipy i chipy. Układy scalone można dalej podzielić na cztery podobszary: obwody analogowe, obwody logiczne, mikroprocesory i pamięć. W środkach masowego przekazu czujniki, urządzenia dyskretne itp. są również nazywane układami scalonymi lub chipami.

W 2019 roku układy scalone stanowiły 84% światowej sprzedaży produktów półprzewodnikowych, znacznie więcej niż 3% urządzeń dyskretnych, 8% urządzeń fotoelektrycznych i 3% czujników.

2ã Klasyfikacja ze względu na przetwarzanie sygnału

Układ przetwarzający więcej sygnałów analogowych to układ analogowy, a układ przetwarzający więcej sygnałów cyfrowych to układ cyfrowy.

Sygnały analogowe to po prostu sygnały emitowane w sposób ciągły, takie jak dźwięk. Najpopularniejszym typem w przyrodzie są sygnały analogowe. Odpowiedni jest dyskretny sygnał cyfrowy złożony z 0 i 1 oraz bramek nielogicznych.

Sygnały analogowe i sygnały cyfrowe można konwertować na siebie. Na przykład obraz na telefonie komórkowym jest sygnałem analogowym, który można przekształcić w sygnał cyfrowy za pomocą przetwornika ADC, przetworzyć za pomocą cyfrowego układu scalonego, a na końcu zamienić na sygnał analogowy za pomocą przetwornika DAC.

Typowe układy analogowe obejmują wzmacniacze operacyjne, przetworniki cyfrowo-analogowe, pętle fazowe, układy zarządzania energią, komparatory i tak dalej.

Typowe chipy cyfrowe obejmują cyfrowe układy scalone ogólnego przeznaczenia i dedykowane cyfrowe układy scalone (ASIC). Ogólne cyfrowe układy scalone obejmują pamięć DRAM, mikrokontroler MCU, mikroprocesor MPU i tak dalej. Dedykowany układ scalony to obwód zaprojektowany do określonego celu użytkownika.

3ã Klasyfikacja według procesu produkcyjnego

Często słyszymy termin chip „7nm” lub „14nm”, w którym nanometry odnoszą się do długości bramki tranzystora wewnątrz chipa, czyli minimalnej szerokości linii wewnątrz chipa. W skrócie odnosi się do odległości między liniami.

Obecny proces produkcyjny przyjmuje 28 nm jako przełom, a te poniżej 28 nm określane są jako zaawansowane procesy produkcyjne. Obecnie najbardziej zaawansowanym procesem produkcyjnym w Chinach kontynentalnych jest proces 14 nm firmy SMIC. TSMC i Samsung to obecnie jedyne firmy na świecie, które planują masową produkcję 5 nm, 3 nm i 2 nm.

Ogólnie rzecz biorąc, im bardziej zaawansowany proces produkcyjny, tym wyższa wydajność układu i tym wyższy koszt produkcji. Ogólnie rzecz biorąc, inwestycja badawczo-rozwojowa w projekt chipa 28 nm wynosi nawet 1-2 miliardy juanów, podczas gdy chip 14 nm wymaga 2-3 miliardów juanów.

4ã Klasyfikacja ze względu na funkcję użytkową

Możemy dokonać analogii według narządów ludzkich:

Mózg - Funkcja obliczeniowa, używana do analizy obliczeniowej, podzielona na główny układ kontrolny i układ pomocniczy. Główny układ sterujący obejmuje procesor, FPGA i MCU, podczas gdy układ pomocniczy zawiera procesor graficzny odpowiedzialny za grafikę i przetwarzanie obrazu oraz układ AI odpowiedzialny za obliczenia sztucznej inteligencji.

Kora mózgowa - Funkcje przechowywania danych, takie jak DRAM, NAND, FLASH (SDRAM, ROM) itp.

Pięć zmysłów - funkcje wykrywania, w tym głównie czujniki, takie jak MEMS, chipy odcisków palców (mikrofon MEMS, CIS) itp.

Kończyny - Funkcje transferu, takie jak interfejsy Bluetooth, WIFI, NB-IOT, USB (interfejs HDMI, sterowanie napędem) do transmisji danych.

Serce - Zaopatrzenie w energię, takie jak DC-AC, LDO itp.

5ã Klasyfikacja według dziedziny zastosowania

Można go podzielić na cztery kategorie, a mianowicie klasę cywilną, klasę przemysłową, klasę motoryzacyjną i klasę wojskową.

6ã Klasyfikacja metodą projektowania

Obecnie istnieją dwa główne obozy projektowania półprzewodników, jeden jest miękki, a drugi twardy, a mianowicie FPGA i ASIC. FPGA został opracowany jako pierwszy i nadal jest głównym nurtem. FPGA to programowalny układ logiczny ogólnego przeznaczenia, który można zaprogramować samodzielnie, aby zaimplementować różne obwody cyfrowe. ASIC to dedykowany układ cyfrowy. Po zaprojektowaniu obwodu cyfrowego wygenerowanego układu nie można zmienić. FPGA może rekonstruować i definiować funkcje chipów z dużą elastycznością, podczas gdy ASIC ma większą specyficzność.