芯片,技术小白的科普学习之路

“芯片是什么?”

“SoC、IP是什么?”

“CPU、GPU是什么,和芯片是什么关系?”

这是笔者在研究时曾碰到过的一些问题。看了大神们的解答,理解如下。理解可能略有浅薄,之后会不断学习持续更新:


1. 芯片是什么

从原材料&工艺看,是刻在半导体晶圆/wafer(材料为单晶硅)上的集成电路IC。优点:1)降低成本;2)电路小型化。帮助实现计算机小型化

- 集成电路是:所有器件(电阻、电容、三极管等)用同一种材料硅制造。不用电线连接很多器件,直接在硅上刻就行

- 之前:需要用各种器件、线构建电路,实现电能的传输、分配和转换;芯片:只有一个硅片,在上面“刻”电路


功能=电路的功能,用于信号传输、存储、处理等。包括计算、存储、感知、通信、能源芯片

第一类,计算芯片(大脑)︰如英特尔i5、i7的CPU,3080 的显卡(GPU)等都用作计算分析的功能,和人体大脑类似。

第二类,存储芯片(脑皮)︰像DRAM(动态随机存取存储器),ROM(只读存储器)等,主要是用于数据存储

第三类,感知芯片(五官):手机的屏下指纹,麦克风,摄像头等,用于感知外部世界。

第四类,通信芯片(手脚)︰蓝牙、wifi,5G的射频芯片,用于信号、数据的接收和发送。

第五类,能源芯片(心脏)︰DC-DC芯片,DC-AC芯片,LDO(低压差线性稳压器)等,用于能源供给。


产业链简介:主要包括设计、生产、封装3个环节。难点在于设计、生产

待补充:中国卡脖子被卡在哪儿?设计?

https://www.bilibili.com/s/video/BV1G7411h7yJ

设计:联发科、高通、Intel 等。(参考资料)

(1)SPEC确定目的;(2)RTL code(确定大致的设计,几个房间)/ 使用硬体描述语言(HDL)将电路描写出来,写代码;(3)Pre-sim,确认功能可以实现;(4)Synthesis合成....(x)做成平面设计蓝图,电子设计自动化工具(EDA tool)

生产:芯片(积体电路(Integrated Circuit,IC))= 晶圆(地基,深蓝色的部分)+电路

晶圆wafer。平稳的基板(lego底板)。用单晶(Monocrystalline)做晶圆,原子一个接着一个紧密排列在一起,平整。工艺:硅提纯,拉成柱子(像卷棉花糖),横切面的薄片就是晶圆

叠加电路。遮盖的方式(先涂料再加做遮盖,油漆作画则是先遮盖再作画)。铺金属材料。光束破坏不要的部分,蚀刻。一个晶圆上多个IC芯片

难点:纳米蚀刻。同等大小芯片,刻的电晶体更多

https://www.bilibili.com/s/video/BV1G7411h7yJ

测试、封装:芯片相当小且薄,需要外壳保护


2. SoC、IP是什么

SoC:=芯片。System on chip,把系统做在一块芯片上包括:CPU、GPU、ISP、DSP等模块

IP:=芯片的一个模块。电路模块设计,有特定功能

国内很多公司都是买的IP,也就是模块,然后把这些IP,集成到一起,组成一个SoC芯片


2. CPU、GPU是什么,和芯片是什么关系

CPU、GPU都是一种芯片,区别是设计不一样

CPU是大脑,因此核大。GPU核小,但计算多,因为需要处理的东西(图像)多

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