芯片之争与我们的生活有什么关系 芯片到底是怎么运作的
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说起芯片,想必大家都不陌生,那么,芯片究竟是什么?芯片在我们的日常生活中又扮演着怎样的角色呢?
芯片是半导体元件产品的统称,是集成电路的载体,由晶圆分割而成,一般是是计算机或其它电子设备的重要组成部分。简单来说,芯片就是把我们随处可见的电阻电容等电子元件以及由它们所组成的电路,集成封装到一个很小的颗粒里。芯片制造的过程就如同用积木盖房子一样,先有晶圆作为地基,藉由一层又一层的堆叠,完成自己期望的造型(即各式芯片)。芯片是非常精密的仪器,其单位为纳米,就一块普通的英特尔酷睿CPU来说,核心部分的大小和人的指甲类似,但却集成了数十亿甚至上百亿个晶体管。芯片的种类有很多,一系列相互关联的芯片又可以组合成芯片组,它们相互依赖,组合在一起能发挥更大作用,比如,智能手机里的信号发射和接收模块,就是由多个芯片组合在一起的更大的集成电路。
芯片在我们日常生活中应用非常广泛,不同种类的芯片发挥着不同的作用。芯片犹如人的大脑一样,接收信息,发出指令,控制着人的行为动作,如果把CPU比喻为整个电脑系统的大脑,那么由CPU及其它芯片组成的芯片组就构成了整个身体的躯干,对于电脑而言,芯片组几乎决定了整个系统的功能。不仅手机电脑等智能产品含有芯片,可以说只要涉及到一些比较复杂的功能,就都会用到芯片。例如收音机里有音频芯片,微波炉里有控制加热时间或加热方式的控制芯片,在一些LED灯具中也存在半导体芯片,洗衣机里有控制芯片,甚至连电瓶车都有一块叫功率控制的芯片,可以说我们衣食住行的各个方面,都有芯片的身影。芯片的存在,让我们的生活变得更加便捷和美好,同时,在信息时代,芯片的高效能又推动着科技不断向前进步。
芯片在我们生活中如影随形,正是这个微小而又及其重要的器件,让人们的生活变得越来越智能。相信随着芯片技术的进步发展,未来人们生活的各个领域都将与芯片紧密相关,也必定更加精彩。
本文由北京邮电大学计算机科学与技术研究专业副教授张忠宝进行科学性把关。
芯片的原理是怎么诞生的 芯片为什么要这么设计那么小
芯片的原理是谁提出的,芯片的基本原理,芯片的原理图,芯片技术原理芯片大家已经听过很多遍了,它是半导体集成电路的另一种说法,也就是在半导体基片上制成千上万及至上亿元件集成电路。由于数字电路的高速发展芯片或微芯片早已渗透到了人们生活的方方面面,除了我们用的电脑手机外,几乎所以有电器特别是称为智能电器的都离不开芯片这些芯片。
一、什么是芯片?
芯片在电子学中是一种把电路(主要包括半导体设备,也包括被动组件等)小型化的方式,并时常制造在半导体晶圆表面上。将电路制造在半导体芯片表面上的集成电路又称薄膜集成电路。另有一种厚膜集成电路是由独立半导体设备和被动组件,集成到衬底或线路板所构成的小型化电路。
从1949年到1957年,维尔纳・雅各比)、杰弗里・杜默、西德尼・达林顿、樽井康夫都开发了原型,但现代集成电路是由杰克・基尔比在1958年发明的,他因此荣获2000年诺贝尔物理奖,但同时间也发展出近代实用的集成电路的罗伯特・诺伊斯,却早于1990年就过世。
二、芯片的发展史
晶体管发明并大量生产之后,各式固态半导体组件如二极管、晶体管等大量使用,取代了真空管在电路中的功能与角色。到了20世纪中后期半导体制造技术进步,使得集成电路成为可能。相对于手工组装电路使用个别的分立电子组件,集成电路可以把很大数量的微晶体管集成到一个小芯片,是一个巨大的进步。集成电路的规模生产能力,可靠性,电路设计的模块化方法确保了快速采用标准化集成电路代替了设计使用离散晶体管。
集成电路对于离散晶体管有两个主要优势:成本和性能。成本低是由于芯片把所有的组件通过照相平版技术,作为一个单位印刷,而不是在一个时间只制作一个晶体管。性能高是由于组件快速开关,消耗更低能量,因为组件很小且彼此靠近。2006年,芯片面积从几平方毫米到350 mm2,每mm2可以达到一百万个晶体管。第一个集成电路雏形是由杰克・基尔比于1958年完成的,其中包括一个双极性晶体管,三个电阻和一个电容器。
近年来,集成电路持续向更小的外型尺寸发展,使得每个芯片可以封装更多的电路。这样增加了每单位面积容量,可以降低成本和增加功能,见摩尔定律,集成电路中的晶体管数量,每1.5年增加一倍。总之,随着外形尺寸缩小,几乎所有的指标改善了,单位成本和开关功率消耗下降,速度提高。但是,集成纳米级别设备的IC也存在问题,主要是泄漏电流。因此,对于最终用户的速度和功率消耗增加非常明显,制造商面临使用更好几何学的尖锐挑战。这个过程和在未来几年所期望的进步,在半导体国际技术路线图中有很好的描述。
三、主流的芯片厂商
1、三星
在最开始的时候做日用品,在上世纪70年代才进入的半导体领域,几十年的发展,让三星电子从一开始给日本企业打下手,成为了现在的全球第一。目前的三星电子仅一个研发半导体,生产芯片的部门产生的利润就占据了整个三星集团的全部利润的七成左右,其存储芯片和显示芯片在全球占据领先地位。
2、英特尔
是美国一家主要以研制CPU处理器的公司,是全球最大的个人计算机零件和CPU制造商,它成立于1968年,具有50年产品创新和市场领导的历史。1971年,英特尔推出了全球第一个微处理器。微处理器所带来的计算机和互联网革命,改变了整个世界。2016年4月底,英特尔公司发言人证实,原定在2016年推出的移动处理器凌动产品线的两个新版本将会取消发布,换言之,英特尔将会退出智能手机芯片市场。
3、博通
是全球领先的有线和无线通信 半导体公司。其产品实现向家庭、 办公室和移动环境以及在这些环境中传递语音、 数据和多媒体。Broadcom 为计算和网络设备、数字娱乐和宽带 接入产品以及移动设备的制造商提供业界最广泛的、 一流的片上系统和软件解决方案。
4、恩智浦
是一家新近独立的半导体公司,由飞利浦公司创立,已拥有五十年的悠久历史,主要提供工程师与设计人员各种半导体产品与软件,为移动通信、消费类电子、安全应用、非接触式付费与连线,以及车内娱乐与网络等产品带来更优质的感知体验。
5、TI
是世界上最大的模拟电路技术部件制造商,全球领先的半导体跨国公司,以开发、制造、销售半导体和计算机技术闻名于世,主要从事创新型数字信号处理与模拟电路方面的研究、制造和销售。除半导体业务外,还提供包括传感与控制、教育产品和数字光源处理解决方案。
6、ST
是由意大利的SGS微电子公司和法国Thomson半导体公司合并而成。1998年5月,SGS-THOMSON Microelectronics将公司名称改为意法半导体有限公司。意法半导体是世界最大的半导体公司之一。意法半导体拥有世界上最强大的产品阵容,既有知识产权含量较高的专用产品,也有多领域的创新产品,例如分立器件、高性能微控制器、安全型智能卡芯片、微机电系统(MEMS)器件。
7、英飞凌
于1999年4月1日在德国慕尼黑正式成立,是全球领先的半导体公司之一。其前身是西门子集团的半导体部门,于1999年独立,2000年上市。其中文名称为亿恒科技,2002年后更名为英飞凌科技。总部位于德国Neubiberg的英飞凌科技股份公司,为现代社会的三大科技挑战领域――高能效、移动性和安全性提供半导体和系统解决方案。英飞凌专注于迎接现代社会的三大科技挑战:高能效、 移动性和 安全性,为汽车和工业功率器件、芯片卡和安全应用提供半导体和系统解决方案。
8、英伟达
是一家人工智能计算公司 。公司创立于1993年,总部位于美国加利福尼亚州圣克拉拉市。Jensen Huang(黄仁勋)是创始人兼首席执行官。1999年,NVIDIA发明了GPU,这极大地推动了PC游戏市场的发展,重新定义了现代计算机图形技术,并彻底改变了并行计算。