Hogyan osztályozzuk a félvezetőket

A félvezetőknek hat osztályozása létezik, amelyeket termékszabvány, feldolgozási jel típusa, gyártási folyamat, használati funkció, alkalmazási terület és tervezési módszer szerint osztályoznak.

1ã Termékszabvány szerinti osztályozás

A félvezetőket négy kategóriába sorolhatjuk: integrált áramkörök, diszkrét eszközök, fotoelektromos eszközök és érzékelők. Közülük az integrált áramkörök a legfontosabbak.

Integrált áramkörök, nevezetesen IC-k, chipek és chipek. Az integrált áramkörök további négy alterületre oszthatók: analóg áramkörök, logikai áramkörök, mikroprocesszorok és memória. A tömegmédiában az érzékelőket, a különálló eszközöket stb. IC-nek vagy chipnek is nevezik.

2019-ben az integrált áramkörök tették ki a félvezető termékek globális értékesítésének 84%-át, a diszkrét eszközök 3%-át, a fotoelektromos eszközök 8%-át és az érzékelők 3%-át.

2ã Osztályozás jelfeldolgozás alapján

A több analóg jelet feldolgozó chip egy analóg chip, a több digitális jelet feldolgozó chip pedig egy digitális chip.

Az analóg jelek egyszerűen folyamatosan kibocsátott jelek, például hang. A természetben a leggyakoribb típus az analóg jel. A megfelelő egy diszkrét digitális jel, amely 0-ból és 1-ből és nem logikai kapukból áll.

Az analóg jelek és a digitális jelek egymásba konvertálhatók. Például a mobiltelefonon a kép egy analóg jel, amely egy ADC-átalakítón keresztül digitális jellé alakítható, digitális chippel feldolgozható, végül pedig DAC-átalakítón keresztül analóg jellé alakítható.

A gyakori analóg chipek közé tartoznak a műveleti erősítők, a digitális-analóg átalakítók, a fáziszárt hurkok, az energiagazdálkodási chipek, a komparátorok és így tovább.

Az általános digitális chipek közé tartoznak az általános célú digitális IC-k és a dedikált digitális IC-k (ASIC). Az általános digitális IC-k közé tartozik a memória DRAM, a mikrokontroller MCU, a mikroprocesszoros MPU és így tovább. A dedikált IC egy meghatározott felhasználó meghatározott célra tervezett áramkör.

3ã Gyártási folyamat szerinti osztályozás

Gyakran halljuk a "7nm" vagy "14nm" chip kifejezést, melyben a nanométerek a chipen belüli tranzisztor kapuhosszát jelentik, ami a chipen belüli minimális vonalszélesség. Röviden, a sorok közötti távolságra utal.

A jelenlegi gyártási folyamat vízválasztóként 28 nm-t vesz igénybe, a 28 nm alattiakat pedig fejlett gyártási folyamatoknak nevezzük. Jelenleg Kínában a legfejlettebb gyártási folyamat a SMIC 14 nm-es gyártási folyamata. A TSMC és a Samsung jelenleg az egyetlen olyan vállalat a világon, amely 5 nm-es, 3 nm-es és 2 nm-es tömeggyártást tervez.

Általánosságban elmondható, hogy minél fejlettebb a gyártási folyamat, annál nagyobb a chip teljesítménye, és annál magasabb a gyártási költség. Általában a 28 nm-es chip-tervezés K+F-beruházása eléri az 1-2 milliárd jüant, míg egy 14 nm-es chiphez 2-3 milliárd jüan szükséges.

4ã Osztályozás használati függvény szerint

Emberi szervek szerint analógizálhatjuk:

Agy – Számítási funkció, számítási elemzéshez használatos, fő vezérlőchipre és kiegészítő chipre osztva. A fő vezérlőchip egy CPU-t, FPGA-t és MCU-t tartalmaz, míg a kiegészítő chipben a grafikus és képfeldolgozásért felelős GPU, valamint a mesterséges intelligencia számításáért felelős AI chip.

Agykéreg – Adattárolási funkciók, például DRAM, NAND, FLASH (SDRAM, ROM) stb.

Öt érzékelés - érzékelő funkciók, főleg érzékelőkkel, mint például MEMS, ujjlenyomat chipek (mikrofon MEMS, CIS) stb.

Végtagok - Adatátviteli funkciók, például Bluetooth, WIFI, NB-IOT, USB (HDMI interfész, meghajtóvezérlés) interfészek.

Szív – Energiaellátás, például DC-AC, LDO stb.

5ã Osztályozás alkalmazási terület szerint

Négy kategóriába sorolható, nevezetesen polgári, ipari, autóipari és katonai minőségű.

6ã Osztályozás tervezési módszer szerint

Ma a félvezető tervezésnek két fő tábora van, az egyik a lágy, a másik a kemény, mégpedig az FPGA és az ASIC. Az FPGA-t fejlesztették ki először, és még mindig a mainstream. Az FPGA egy általános célú programozható logikai chip, amely barkácsolással programozható különféle digitális áramkörök megvalósítására. Az ASIC egy dedikált digitális chip. A digitális áramkör megtervezése után az előállított chip nem módosítható. Az FPGA nagy rugalmassággal képes rekonstruálni és definiálni a chip függvényeket, míg az ASIC erősebb specifitású.