经常听到、看到各种半导体名称,分立器件,功率半导体,模拟芯片,数字芯片,存储芯片等等,很是晕头,看了一些资料,简单做个梳理。
1)半导体、芯片、集成电路三个词,经常混用,但深究的话,三者有区别。
a,通过特定技术,将晶体管、电阻、电容、二极管等电子元件集成在单一基板上,形成一种微型电路,就叫集成电路。
b,如果这个基板,采用的是半导体材料(例如硅),或者说,集成电路由半导体材料晶圆制造而来,就属于半导体集成电路。我们传统意义上说的集成电路,基本上都是指半导体集成电路,所以半导体和集成电路两者之间可以划等号,互相换用。
c,那芯片呢?芯片是一个更宏观、更产品化的概念。经过设计、制造、封装和测试后,形成的可直接使用的产品形态,称为芯片。在强调用途的时候,人们会更多采用“芯片”的叫法,例如CPU芯片、AI芯片、基带芯片等。也有人将芯片定义为:“包含了一个或多个集成电路的、能够实现某种特定功能的通用半导体元件产品”。或者说,芯片是半导体元件产品的统称。
2)半导体包括:集成电路+分立器件+光电子器件+传感器。集成电路和后三个的主要区别,在于集成度。集成电路的晶体管数量,远远大于分立器件、光电子器件和传感器。另外,衬底材料一般也不一样。目前,光电子器件,分立器件和传感器的市场规模加在一起,仅占到全部半导体市场规模的10%左右。故集成电路是半导体的最重要组成部分。
3)按照世界半导体贸易统计组织(WorldSemiconductorTradeStatistics,WSTS)的权威分类,所有集成电路类别可分为:模拟(Analog)、微型(Micro)、逻辑(Logic)和存储器(Memory)。这里,又可以把这四类划分为两大类,模拟电路和数字电路(后三个可称之为数字集成电路)。
先介绍一下这四种芯片的简单定义:承担计算功能的逻辑芯片、承担存储功能的存储芯片,承担传输与能源供给功能的模拟芯片以及将运算、存储等功能集成于一个芯片之上的微控制单元(MCU),它们的市场份额分别占到半导体总体市场份额的28.22%、27.39%、13.28%、14.11%,逻辑芯片与存储芯片占比较高。
特别说一下,逻辑芯片指包含逻辑关系,以二进制为原理,实现运算与逻辑判断功能的集成电路。常见的逻辑芯片有CPU(中央处理器)、GPU(图像处理器)、ASIC(专用处理器)与FGPA(现场可编程门阵列)。
a,数字集成电路,顾名思义,处理的都是数字信号。现实中用的最多,例如微处理器(CPU、GPU等)、数字信号处理器(DSP)和微控制器(MCU)、存储器(DRAM、Flash)等,都是数字集成电路。
4)按照设计方式,可分为FPGA和ASIC。其中FPGA发展在先,目前是主流。简单来说FPGA是通用可编程逻辑芯片,可以DIY编程实现各种各样的数字电路;ASIC是专用数字芯片,设计好数字电路后,流片生成出来的是不可以更改的芯片。前者的特点在于可重构定义芯片功能,灵活性强;后者的专用性强,一般是针对某一特定应用定制开发。
5)按照等级,可分为消费级、工业级、汽车级、军工级和航天级。
6)按照工艺制程,可分为大家经常听说的28nm、14nm、7nm、5nm。
7)按照半导体材料,可分为硅(Si)、锗(Ge)、砷化镓(GaAs)、氮化镓(GaN)。
8)芯片有简单的,也有复杂的。一些复杂的芯片,还会分为各个不同的功能模块。这些模块共同组成一个系统,称为SoC(SystemonChip,系统级芯片)。智能手机主芯片,例如高通骁龙、联发科天玑、华为麒麟,都是典型的SoC芯片。芯片上包括了CPU、GPU、APU、ISP、基带、射频等。
9)这两年A股一个很火的半导体细分板块是功率半导体。功率半导体器件,简称功率器件,又称电力电子器件,它属于半导体产品中的分立器件。而功率集成电路(功率IC),顾名思义就是将功率半导体分立器件与各种功能的外围电路集成在一起,典型如电源管理芯片和各类驱动芯片等。功率半导体的功能主要是对电能进行转换,对电路进行控制,改变电子装置中的电压和频率,直流或交流等,具有处理高电压,大电流的能力。