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​芯片是手机电脑的CPU?芯片远比你想象的要厉害多!

2022-11-23 09:42
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若是提到芯片,很多人第一反应是电脑里的CPU、手机的处理器等等,但事实上芯片的真正范围不仅限于此,按定义来说,芯片是指集成电路,在电子学上是一种将电路(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。

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简单来说,芯片就是指半导体上单个或多种集成电路形成的电子产品,是具有微型化、智能化的特点,涉及多学科,是电子设备的核心,让设备变得更加“智能”,因此在智能时代,得到应用广泛,分类也非常复杂。

这也意味着芯片有多种功能,涵盖范围非常广,手机处理器、电脑CPU不过是芯片所发挥的功能用途之一。那么下面让我们来看看芯片的强大之处吧!

01 芯片的分类

一般来说,按功能分类,芯片大致上可分为五种,也就是:

①以CPU(中央处理器)、GPU(图像处理芯片)为代表的计算芯片;

②以ROM(只读存储器)、DRAM(动态随机存储器)为代表的存储芯片;

③以CMOS(互补金属氧化物半导体存储器)为代表的感知芯片;

④以AC/DC(电源管理芯片)为代表的能源芯片;

⑤以5G为代表的通信芯片。

此外,按照应用场景的分类,芯片还可以分为消费级、工业级、汽车级和军工级别芯片,主要区别在于性能、工作温度和环境承受能力。

而这些芯片随着时代发展,广泛应用在人们的日常生活中,与人们息息相关,不可或缺。

02 芯片的原材料

起初,人们选择锗作为芯片的原材料,后来砷化镓、氮化镓等半导体开始入局芯片原材料,但无一例外都无法取代硅在芯片行业中的主导地位,这主要是因为硅有诸多优势:

①硅资源丰富

硅在自然界中资源丰富,在地壳中的资源含量高达28.6%,而且分布广泛,如岩石、砂砾、尘土中,仅次于氧。

②物理和化学性质相对稳定

硅的物理和化学性质相对稳定,相比其他芯片,硅基芯片更加稳定不容易损坏。

③ 掺杂性好

硅掺杂性好,是最容易掺杂的原材料之一,可更好地制作芯片。

④电子迁移率好

硅材料具有非常好的电子迁移率,意味着电流承载能力更好,功耗更低,迁移率指的是载流子(电子和空穴)在单位电场作用下的平均漂移速度,即载流子在电场作用下运动速度的快慢程度。

⑤容易提纯

目前的硅提纯体系已达到巅峰,尤其是我国的硅提纯水平位居全球先列,能够生产纯度高达99.999999999%的硅。而现在的芯片,内嵌的晶体管数量越来越多,意味着芯片结构长度必须达到纳米级别,这就要求硅片必须具备高纯净度、高平整度、搞清洁度和低杂质污染度的属性,才能保持芯片的功能正常运行。

⑥致密氧化物

硅的优势之一是有致密氧化物——氧化硅,氧化硅不溶于水也不溶于大部分的酸,是集成电路平面工艺所需要的原材料之一。

总的来说,芯片可以实现你能想象到的所有功能,无论是显示还是虚拟,无论是万物互联时代还是研发类比人脑的人工智能,芯片最终或将人类送入更高的时代。


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