Як класифікувати напівпровідники

Існує шість класифікацій напівпровідників, які класифікуються за стандартом продукту, типом сигналу обробки, виробничим процесом, функцією використання, сферою застосування та методом проектування.

1ã Класифікація за стандартом продукту

Напівпровідники можна розділити на чотири категорії: інтегральні схеми, дискретні пристрої, фотоелектричні пристрої та датчики. Серед них інтегральні схеми є найважливішими.

Інтегральні схеми, а саме мікросхеми, мікросхеми та мікросхеми. Інтегральні схеми можна далі розділити на чотири підобласті: аналогові схеми, логічні схеми, мікропроцесори та пам'ять. У засобах масової інформації датчики, дискретні пристрої тощо також називають мікросхемами або чіпами.

У 2019 році на інтегральні схеми припадало 84% світових продажів напівпровідникової продукції, що значно перевищує 3% дискретних пристроїв, 8% фотоелектричних пристроїв і 3% датчиків.

2ã Класифікація за обробкою сигналу

Мікросхема, яка обробляє більше аналогових сигналів, є аналоговою мікросхемою, а мікросхема, яка обробляє більше цифрових сигналів, є цифровою мікросхемою.

Аналогові сигнали – це просто сигнали, які постійно випромінюються, наприклад звук. Найпоширенішим типом у природі є аналогові сигнали. Відповідним є дискретний цифровий сигнал, що складається з 0 і 1 і нелогічних елементів.

Аналогові та цифрові сигнали можна перетворювати один в одного. Наприклад, зображення на мобільному телефоні – це аналоговий сигнал, який можна перетворити на цифровий сигнал за допомогою АЦП-перетворювача, обробити цифровим чіпом і, нарешті, перетворити на аналоговий сигнал за допомогою ЦАП-перетворювача.

Звичайні аналогові мікросхеми включають операційні підсилювачі, цифро-аналогові перетворювачі, схеми фазового автопідстроювання частоти, мікросхеми керування живленням, компаратори тощо.

Звичайні цифрові мікросхеми включають цифрові мікросхеми загального призначення та спеціальні цифрові мікросхеми (ASIC). Загальні цифрові IC включають пам’ять DRAM, мікроконтролер MCU, мікропроцесор MPU тощо. Спеціальна мікросхема — це схема, розроблена для конкретних цілей конкретного користувача.

3ã Класифікація за процесом виробництва

Ми часто чуємо термін «чіп 7 нм» або «14 нм», у якому нанометри стосуються довжини затвора транзистора всередині чіпа, що є мінімальною шириною лінії всередині чіпа. Коротше кажучи, це стосується відстані між лініями.

Поточний виробничий процес приймає 28 нм як вододіл, а ті, що нижчі за 28 нм, називають передовими виробничими процесами. Наразі найдосконалішим виробничим процесом у материковому Китаї є 14-нм техпроцес SMIC. TSMC і Samsung наразі є єдиними компаніями у світі, які планують масово виробляти 5-нм, 3-нм і 2-нм.

Загалом, чим досконаліший виробничий процес, тим вища продуктивність мікросхеми та вища вартість виробництва. Загалом інвестиції в дослідження та розробки 28-нанометрового чіпа досягають 1-2 мільярдів юанів, тоді як для 14-нанометрового чіпа потрібно 2-3 мільярди юанів.

4ã Класифікація за функцією використання

Ми можемо провести аналогію за органами людини:

Мозок – обчислювальна функція, яка використовується для обчислювального аналізу, розділена на головну мікросхему керування та допоміжну мікросхему. Основний чіп управління включає центральний процесор, FPGA і MCU, тоді як допоміжний чіп включає графічний процесор, відповідальний за обробку графіки та зображень, і чіп штучного інтелекту, відповідальний за обчислення зі штучним інтелектом.

Кора головного мозку - функції зберігання даних, такі як DRAM, NAND, FLASH (SDRAM, ROM) тощо.

П’ять органів чуття – сенсорні функції, в основному включаючи датчики, такі як MEMS, чипи відбитків пальців (мікрофон MEMS, CIS) тощо.

Кінцівки - функції передачі, такі як інтерфейси Bluetooth, WIFI, NB-IOT, USB (інтерфейс HDMI, керування приводом) для передачі даних.

Серце - джерело енергії, наприклад DC-AC, LDO тощо.

5ã Класифікація за областю застосування

Його можна розділити на чотири категорії, а саме: цивільний, промисловий, автомобільний і військовий.

6ã Класифікація за методом проектування

Сьогодні існує два основних табори для проектування напівпровідників, один — м’який, а інший — жорсткий, а саме FPGA та ASIC. FPGA була розроблена першою і досі є основною. FPGA — це програмована логічна мікросхема загального призначення, яку можна запрограмувати своїми руками для реалізації різних цифрових схем. ASIC — це спеціальний цифровий чіп. Після розробки цифрової схеми згенерований чіп не можна змінити. FPGA може реконструювати та визначати функції мікросхеми з великою гнучкістю, тоді як ASIC має більшу специфічність.