芯片科普 芯片是什么？如何分类？

前些年，当焦点聚集在芯片行业，大家的话题都是“台积电”“华为麒麟芯片”“光刻机”“卡脖子”。

而这两年大家关注的焦点变成了“芯片短缺”“芯片涨价”“国产替代化”......

从“为什么芯片会被卡脖子”到现在“芯片短缺如何缓解”，能够明显感受到大家对于芯片重要性的认知深刻了许多。

但是很多同学接触芯片行业，想要进一步了解的时候，还是会有各种各样的问题待解答。

所以这是一篇零基础小白可读的、帮你迅速掌握芯片行业基本知识的科普文。收藏不亏。

芯片概念

集成电路： 一种微型电子器件或部件。采用一定的工艺，把一个电路中所需的晶体管、电阻、电容和电感等元件及布线互连一起，制作在一小块或几小块半导体晶片或介质基片上，然后封装在一个管壳内，成为具有所需电路功能的微型结构。

芯片： 就是把一个电路所需的晶体管和其他器件制作在一块半导体上（来自杰夫·达默）。芯片属于集成电路的载体。

严格从定义上来说，集成电路 ≠ 芯片。

但从狭义上说，我们日常提到的IC、芯片、集成电路其实并没有什么差别。平时大家所讨论的IC行业、芯片行业指的也是同一个行业。

如果用一句话概括：芯片就是以半导体为原材料，把集成电路进行设计、制造、封测后，所得到的实体产品。

当芯片被搭载在手机、电脑、平板上之后，它就成为了这类电子产品的核心与灵魂。

手机触屏需要有触控芯片，储存信息需要有存储芯片，实现通信功能要有基带芯片、射频芯片、蓝牙芯片，想要拍出好看的照片就需要GPU......一部手机里的芯片加起来都要有100多颗。

芯片分类

这么多芯片，有没有什么系统的分类方式呢？其实芯片的分类方式有很多种：

按照处理信号方式可以分成：模拟芯片、数字芯片

信号分为模拟信号和数字信号，数字芯片就是处理数字信号的，比如CPU、逻辑电路等；模拟芯片是处理模拟信号的，比如运算放大器、线性稳压器、基准电压源等。

如今的芯片大多数都同时具有数字和模拟，一块芯片到底归属为哪类产品是没有绝对标准的，通常会根据芯片的核心功能来区分。

按照应用场景可以分：航天级芯片、车规级芯片、工业级芯片、商业级芯片

芯片可以用于航天、汽车、工业、消费不同的领域，之所以这么分是因为这些领域对于芯片的性能要求不一样，比如温度范围、精度、连续无故障运行时间（寿命）等。举个例子：

工业级芯片比商业级芯片的温度范围要更宽，航天级芯片的性能最好，同时价格也最贵。

按照使用功能可以分：GPU、CPU、FPGA、DSP、ASIC、SoC......

刚刚说的触控芯片、存储芯片、蓝牙芯片......就是依据使用功能来分类的。还有企业经常说的“我司的主营业务是 CPU芯片/WIFI芯片”，也从功能角度来分的。

之前专门写过一篇以功能进行分类、以人体功能作为类比的文章，感兴趣的朋友也可以详细了解一下：《一篇文章带你认识芯片分类及代表企业》

按照集成度可以分：小规模集成电路（SSI）、中规模集成电路（MSI）、大规模集成电路（LSI）、超大规模集成电路（VLSI）

集成度就是要看芯片上集成的元器件个数。现在智能手机里的芯片基本都是特大规模集成电路了，里面集合了数以亿计的元器件。

其实这属于早期来表述芯片集成度的方式，后来在发展过程中就以特征线宽（设计基准）的尺寸来表述，比如微米、纳米。也可以理解为我们现在所常说的工艺制程。

按照工艺制程可以分：5nm芯片、7nm芯片、14nm芯片、28nm芯片......

这里的nm其实就是指CMOS器件的栅长，也可以理解成最小布线宽度或者最小加工尺寸。

放眼全球，目前比较先进的制程就是台积电和三星的3nm，但是目前良率并不高（三星3nm良率仅有10-20%）。国内最先进的制程是中芯国际的14nm。

芯片的发展过程，也是充满了“传奇色彩”，我们需要从IC业内非常著名的“摩尔定律”讲起。

摩尔定律

摩尔定律是英特尔创始人之一戈登·摩尔的经验之谈。

之所以说是经验之谈，是因为该“定律”并非是自然科学的定律，而是戈登·摩尔经过长期观察所总结出来的经验。

1965年，戈登·摩尔在绘制一份发展报告的图表时，发现了一个惊人的趋势：每颗芯片所能容纳的晶体管数目大概在18-24个月就会翻一番，性能也会提升一倍。

摩尔定律预言了芯片的规模和性能。

1971年，英特尔的第一代微处理器有2300个晶体管。2007年，45nm的处理器有8亿多晶体管。现如今，麒麟9000采用的是5nm工艺制程，集成了153亿晶体管。

在过往的50多年中，芯片行业一直在遵循着摩尔定律的预言在发展。

现在工艺已经逼近“极限”，工艺制程不可能无限缩小，近几年摩尔定律也已经放缓。随着技术发展，摩尔定律也定然会遇到瓶颈。

但摩尔定律在半导体史上永远都是传奇而浓墨重彩的一笔。

芯片种类越多、功能越强大，就越让人忍不住好奇：一颗芯片究竟是如何“披荆斩棘、打磨棱角”来到我们面前的？

下一篇文章就会给大家系统介绍芯片全产业链以及芯片从无到有的诞生过程。

学习之路上，IC修真院与你同行。

一篇文章带你认识芯片分类及代表企业

芯片的分类方式可以有很多种，如果我们随机采访10位业内大佬，也许会得到10种不同的答案。

举个例子，按照处理信号方式可分为模拟芯片和数字芯片。

按照设计理念可分为可分为通用芯片和专用芯片。

按照应用领域可分为航天级芯片，汽车级芯片，工业级芯片和商业级芯片。

按照制程的话还可以分为7nm芯片、14nm芯片、28nm芯片……

还有企业经常说的：我司的主营业务是 CPU芯片/存储芯片。其实这是从应用功能角度来分的。

今天我们就以钢铁侠为例，从应用功能的角度出发、以人做类比，进行一个详细的分类。

1. 处理器芯片

处理器芯片就相当于人类的大脑，是用来思考、分析和计算的。

中央处理器（CPU） ，是系统的运算和控制核心，是信息处理、程序运行的最终执行单元。一般提到CPU，很难不第一时间想到Intel，世界上第一款商业化的处理器就是Intel 4004。除了Intel之外，AMD、IBM、高通等都是设计CPU芯片的代表性企业。国产不错的CPU公司有华为、龙芯、海光、北京君正等。

图形处理器（GPU） ，也叫视觉处理器或显示芯片，它一般是在电脑、手机这类移动设备上做图像和图形相关运算工作的微处理器。Intel、英伟达、AMD都是GPU领域的代表企业。这两年国产GPU市场也是全面开花，壁仞、摩尔线程、芯动科技、景嘉微等企业都纷纷发布了国产GPU。

数字信号处理器（DSP） ，是一种独特的微处理器,是以数字信号来处理大量信息的器件。除了音视频领域，在自动控制、雷达、军事、航空航天、医疗、家用电器等领域都能看到DSP的身影。Microchip、TI、ADI、ARM等公司都是DSP芯片领域的代表性企业。

微控制器（MCU） ，在一颗芯片上将计算、存储、接口等集成在一起，形成芯片级的计算机。MCU的用途比较广泛，但是它最大的应用场景还得是汽车，一辆汽车里就包含70多块MCU芯片。MCU芯片领域的国内外代表企业有：瑞萨电子、恩智浦、ST、华大半导体、士兰微、复旦微电子等。

2. 存储芯片

存储芯片相当于人类的大脑皮层，用来储存信息和数据。心理学上说，人脑记忆可以分为瞬时记忆、短时记忆、长时记忆。同样的，存储芯片也有不同的类型，起到不同的作用。

静态随机存取存储器（SRAM） ，只要保持通电，里面储存的数据就可以恒常保持；但是只要断电，数据就会丢失。属于易失性存储器。

动态随机存取存储器（DRAM） ，只能将数据保持很短的时间，所以需要在通电状态下定时刷新，才能保持数据不变；断电后，数据就会丢失。同样属于易失性存储器。

只读存储器（ROM） ，信息一旦写入后就固定下来，即使切断电源，信息也不会丢失。属于非易失性存储器。

闪存（Flash） ，无论是否通电、是否刷新数据，都能够长久地保持数据。和ROM一样属于非易失性存储器。

我国作为世界上最大的存储芯片市场，但长期以来的存储芯片都是依赖进口。当下存储器市场可以说是被国外巨头垄断的状态，尤其是DRAM，光三星、海力士、美光这三家的市场占有率就在94%以上。为了突破存储芯片市场，现在国内也有多家存储芯片企业突围，比如长江存储、长鑫存储、兆易创新、华天科技、复旦微电子等。

3. 传感器

传感器就相当于人类的五官，可以感知/测量生活中的声音、图像、温度、湿度、压力和光信号等。

CMOS图像传感器（CIS） ，是将光学图像转换成电子信号的电子设备，相当于人的视网膜，手机、相机乃至卫星的拍摄成像都缺不了它。CIS领域的国内外代表企业有：索尼、三星、豪威科技、格科微等。

微机电系统（MEMS） ，是按功能要求在芯片上把微电路和微机械集成于一体的系统。在手机中的应用尤其广泛，比如磁传感器、指纹传感器、环境传感器等。MEMS领域的国内外代表企业有：博通、博世、歌尔微电子、敏芯微、士兰微等。

触摸/触控芯片（Touch） ，大家日常使用的手机和平板电脑，它们就内含触控芯片，这种芯片对环境变化具有灵敏的自动识别和跟踪功能。Touch芯片领域的国内外代表企业有：Atmel、比亚迪、晨星半导体、汇顶科技。

4. 电源芯片

电源芯片相当于人类的心脏，可以给身体其他器官提供营养物质。电源芯片可以给ASIC、DSP、CPU、Memory、FPGA及其他数字或模拟负载提供供电。

DC/DC电源芯片（DCDC） ，指直流转换为直流的电源，是开关电源芯片的一种（另一种是AC/DC）。相较于AC/DC，DC/DC的设计技术及生产工艺在国内外均已成熟和标准化。

LDO低压差线性稳压器（LDO） ，是一种稳压器。在电子设计中，经常需要用不同的直流电压给不同器件供电，就可以通过LDO稳压芯片来实现。

电源管理单元（PMU） ，是一种高度集成的、更加便携式的电源管理方案，可以获得更高的电源转换效率和更低的功耗。

在电源芯片领域比较有代表性的国内外企业有：芯源系统、TI、英飞凌、东芝、瑞芯微、圣邦微电子、上海贝岭等。

5. 通信芯片

通信芯片相当于人类的神经，四通八达，传递信息和数据。

蓝牙芯片（Bluetooth），蓝牙大家经常会用到，它是一种近距离无线连接技术，支持声音、图像的传输。在蓝牙芯片领域有代表性的企业有：高通、赛普拉斯、Dialog、ST、紫光展锐等。

无线芯片（WIFI）就不用多说了，上网冲浪必备，也是一种近距离无线通信。在WIFI芯片领域有代表性的企业有：高通、博通、Marvell、联发科、瑞昱、乐鑫等。

窄带物联网芯片（NB-loT），是一种远距离无线通信，属于广域网。可以应用到智能抄表、智慧路灯、智慧停车、共享单车等多种领域。在NB-loT芯片领域有代表性的企业有：高通、华为、中兴微、联发科、紫光展锐等。

6. 接口芯片

接口芯片相当于人的“四肢”。同样可以用于传递信息和数据。

通用串行总线芯片（USB），是一个外部总线标准，是应用在PC和手机领域的一种接口技术。它也是我们日常接触比较多的一种，比如电脑上的USB插口、手机的USB充电线，都和我们的生活息息相关。在USB芯片领域有代表性的企业有：赛普拉斯、恩智浦和全志科技。

高清多媒体接口芯片（HDMI），是一种全数字化视频和声音发送接口，可以发送未压缩的音频及视频信号。生活中的笔记本电脑、电视、机顶盒就有HDMI接口。在HDMI芯片领域有代表性的企业有：东芝、ADI和全志科技。

结 语

在芯片产业“国产替代化”盛行的当下，已经入行的工程师，在专业知识方面是信手拈来，但对于芯片分类却是不甚了解。而打算入行的工程师在参加企业面试时，甚至不清楚公司的主营芯片产品。

写下本文的初衷也正在于此，在IC学习之路上，IC修真院与你同行。

声明：部分内容参考自网络。

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