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芯片基本概念

发布日期:2024-11-19 10:08 浏览次数:

IP,IP核,芯片中具有独立功能的电路模块的成熟设计。

芯片设计 ,自设+外购。

CPU也叫中央处理器,是智能设备的大脑。常见的CPU有两种,X86、ARM,前者主要用在电脑里,后者主要用在手机、平板上。

那么这里的X86ARM指的是什么呢?CPU是负责运算的,但是它需要在什么时候运算,具体做哪些运算,得听系统指令。

系统程序发出的各种指令在被执行前需要翻译成CPU能听懂的语言,这个翻译官就是指令。

常见的指令集有两种,一种是复杂指令集CISC,X86就属于复杂指令集,一种是精简指令集RISC,ARM、RISC-V、MIPS。

复杂指令集表现在CPU层面,优点是性能强大,缺点是能耗高,需要更多的电才能运行,电脑对芯片性能要求高,能耗其次,所以用复杂指令机设计的芯片适合电脑。而小简的团队更精简,容易组织,缺点是处理能力差些。但是这个可以通过调用更多的工匠来弥补。精简指令集表现在CPU层面,虽然性能差点,但是由于只要一步一步去做就行,反而能耗低,特别省电。

芯片基本概念(图1)

架构、微架构、芯片研发、手机SOC这几个概念。

CPU的基本组成单元为核心,我们经常听说的某个CPU四核、八核说的就是这个核心的实现方式,被称为微架构。指令集和微架构不是一回事,指令集是一种语言,也是一种芯片设计需要遵循的规范。微架构是某种指令集在电路层面的具体呈现,对于非专业的人士,可以简单理解为电路怎么设计,同一种指令机可以做出不同的微架构。同样属于X86,英特尔和AMD的CPU里面的微架构是不一样的。

我们常说的架构一般指的是指令集架构。如果说某个芯片属于ARM架构,是说它使用了ARM的指令集架构。不过,也有人把微架构简称为架构。

ARM公司不仅自己生产了ARM指令集,还研发了各种不同的微架构,对外授权收版权费。51漫画

我们常说的CPU研发,一般指的是微架构的研发技术难度极高。全球能独立研发ARM微架构的企业只有ARM公司、苹果、华为等少数几家,其他大部分都是从ARM公司购买的授权。相对于自己开发微架构,购买授权组装成芯片使用或销售,技术难度要低很多。

微架构研发完成后,接下来就是将其组装成芯片了。电脑里CPU就是CPU,没有其他东西,而手机不一样,CPU指中央处理器。现在的手机芯片不能和CPU画等号,手机芯片基本都是SOC模式。手机芯片中不光有CPU,还有GPU ispdsp、储存器、通信基带接口、控制模块、各种互联总线等。苹果M2芯片就是八核CPU加十核GPU。为什么这么做呢?主要是因为啊,手机是高度集成化的东西,内部空间非常小,不允许像电脑一样可以装了CPU再配显卡、内存,必须以节约空间为原则,而且集成度越高,功耗越小,越不容易坏,不会出现。兼容性等问题。

架构一般指的是指令级架构,芯片研发指的是微架构研发,芯片和CPU不能直接划等号,现在芯片还包括各种外围组件。手机芯片指SOC芯片是包括CPUGPU、储存、通信、基带等在内的一整套模块。


半导体产品的分类

按照国际通行的半导体产品标准方式分类,可以分成四种,集成电路、分立器件、传感器和光电子,统称为半导体元件。其中集成电路简称IC,就是我们常说的芯片,实际上集成电路、IC芯片、chi这四个都是指一个东西

集成电路再往下分,又可以分为模拟电路、微处理器、逻辑电路、存储器四个细分领域。从2019年全球半导体产品销售情况来看,集成电路拔得头筹。在很多媒体报道中,都把集成电路当成课代表,代指为半导体元件,比如会把传感器、分离器件等,也叫做IC芯片。

按照处理信号来分的话,芯片如果处理模拟信号的部分多一些,就叫模拟芯片处理。数字信号的部分多一些,就叫数字芯片

模拟信号,简单点说的话,就是连续发出的信号,比如我们发出的声音就是最典型的正弦波连续信号。大自然中大部分信号都是模拟信号,相对应的是离散的数字信号,用一和零来组成的一个个与非逻辑门。模拟信号和数字信号是可以相互转换的。

举个例子,你手机拍的照片是模拟信号,模拟芯片处理后经过转换器转化为数字信号,给数字芯片处理,最后经过对应的转换器转化为模拟信号对外传输。常见的模拟芯片有运算放大器、数模转换器、锁相环、电源管理芯片、比较器等等。像德州仪器这样的大厂,模拟芯片产品数量就超过10万款。数字芯片是近年来应用最广、发展最快的IC品种,分为通用数字IC和专用数字IC。

通用IC是指那些用户多、使用领域广泛、标准型的电路,如存储器、微控制器等等。

专用IC就是为特定的用户某种专门或特别的用途而设计的电路。

各大手机厂商在发布会上经常提到手机采用了7纳米芯片、14纳米芯片。这里的7纳米、14纳米就是按照芯片制造工艺来划分的。这种分类最常见了,通常指芯片内部的晶体管的栅长,通俗讲就是芯片内部的最小线宽。

当前的制成工艺以28纳米为分水岭,小于28纳米被称为先进制成。

截止2019年,国内晶圆代工厂最新先进的制成是中芯国际的14纳米,而台积电和三星是目前仅有计划量产五纳米、三纳米、二纳米的企业。

一般来说,工艺制成越先进,芯片的性能越高,制造成本也越高。

通常情况下,一款28纳米芯片设计的研发投入约一到两亿元,14NM芯片约二至三亿元,研发周期约一到两年

在工艺制程的发展已经逼近极限,结合成本和性能,工艺之城不是越先进越好,合适才是最好的。

FPGA可以重构定义芯片功能,灵活性强。而ASIC的专用性强,一般是针对某一特定应用定制开发的


芯片基本概念(图2)

芯片基本概念(图3)


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