芯片系列（一）芯片的分类 一、定义 半导体 ：常温下导电性能介于导体与绝缘体之间的材料，常见的半导体材料有硅、锗、砷化镓等。现在芯片常用的半导体材... 

来源：雪球App，作者： 一块有了愿望的石头，（https://xueqiu.com/1100693514/239018659）

半导体：常温下导电性能介于导体与绝缘体之间的材料，常见的半导体材料有硅、锗、砷化镓等。现在芯片常用的半导体材料是硅。

集成电路：一种微型电子器件或部件。采用一定的工艺，把一个电路中所需的晶体管、电阻、电容和电感等元件及布线互连一起，制作在一小块或几小块半导体晶片或介质基片上，然后封装在一个管壳内，成为具有所需电路功能的微型结构。

芯片：就是把一个电路所需的晶体管和其他器件制作在一块半导体上（来自杰夫·达默）。芯片属于集成电路的载体。

按照应用功能分为处理器芯片、存储芯片、传感器、电源芯片、通信芯片、接口芯片。

按照设计理念可分为可分为通用芯片和专用芯片。

按照应用领域可分为航天级芯片，汽车级芯片，工业级芯片和商业级芯片。

按照制程的话可以分为7nm芯片、14nm芯片、28nm芯片等。

按照导电类型的不同，芯片可以分为：双极型集成电路、单极型集成电路。

按照半导体材料类型分类，可分为第一代半导体材料（硅、锗）、第二代（砷化镓、磷化铟）、第三代（氮化镓、碳化硅）、第四代（氧化镓）。

按照应用场景分类可分为数据中心级别芯片、消费类产品级别芯片、工业类产品级别芯片、汽车电子级别芯片、军工和国防级别芯片。

按照不同的处理信号分为数字芯片、模拟芯片和数模混合芯片。

按照应用功能分为处理器芯片、存储芯片、传感器、电源芯片、通信芯片、接口芯片。

处理器芯片就相当于人类的大脑，是用来思考、分析和计算的。

如CPU，FPGA，MCU，AI等都用作计算分析的。

中央处理器（Central Processing Unit,CPU），是系统的运算和控制核心，是信息处理、程序运行的最终执行单元。一般提到CPU，很难不第一时间想到Intel，世界上第一款商业化的处理器就是Intel 4004。除了Intel之外，AMD、IBM、高通等都是设计CPU芯片的代表性企业。国产不错的CPU公司有华为、龙芯、海光、北京君正等。CPU是芯片中的指挥家，是芯片的大脑，负责处理各项任务，也负责发号施令。内部分为超大核、大核、小核，麒麟990系列采用“2个超大核+2个大核+4个小核”的三档能效架构，重载游戏与日常使用分工不同，多核搭配，干活不累。

图形处理器（Graphics Processing Unit，GPU），也叫视觉处理器或显示芯片，它一般是在电脑、手机这类移动设备上做图像和图形相关运算工作的微处理器。Intel、英伟达、AMD都是GPU领域的代表企业。这两年国产GPU市场也是全面开花，壁仞、摩尔线程、芯动科技、景嘉微等企业都纷纷发布了国产GPU。GPU是芯片中的艺术家，用于管理图形相关运算，游戏画质、视频色彩离不开它。

数字信号处理器（Digital Signal Processor，DSP），是一种独特的微处理器，是以数字信号来处理大量信息的器件。由于架构、指令集等之间的差异，DSP能力与CPU大相径庭，CPU擅长控制、处理多样化的重载任务，DSP则擅长各种与数据信号相关的运算。除了音视频领域，在自动控制、雷达、军事、航空航天、医疗、家用电器等领域都能看到DSP的身影。Microchip、TI、ADI、ARM等公司都是DSP芯片领域的代表性企业。

微控制器（Micro Control Unit，MCU），在一颗芯片上将计算、存储、接口等集成在一起，形成芯片级的计算机。MCU的用途比较广泛，但是它最大的应用场景还得是汽车，一辆汽车里就包含70多块MCU芯片。MCU芯片领域的国内外代表企业有：瑞萨电子、恩智浦、ST、华大半导体、士兰微、复旦微电子等。

图像信号处理器(Image Signal Process，ISP)，是芯片中的牌照担当，主要用来处理前端图像信号，它能够将光信号变成电信号，是图像处理的核心器件。其性能会直接影响手机的拍照、摄像效果。

神经网络处理器（Neural-network Processing Unit，NPU），擅长处理人工智能任务，是人工智能芯片“更聪明”的硬件基础。

存储芯片相当于人类的大脑皮层，用来储存信息和数据。

DRAM，SDRAM,ROM,NAND,FLASH等，主要是用于数据存储。

心理学上说，人脑记忆可以分为瞬时记忆、短时记忆、长时记忆。同样的，存储芯片也有不同的类型，起到不同的作用。

静态随机存取存储器（SRAM），只要保持通电，里面储存的数据就可以恒常保持；但是只要断电，数据就会丢失。属于易失性存储器。

动态随机存取存储器（DRAM），只能将数据保持很短的时间，所以需要在通电状态下定时刷新，才能保持数据不变；断电后，数据就会丢失。同样属于易失性存储器。

只读存储器（ROM），信息一旦写入后就固定下来，即使切断电源，信息也不会丢失。属于非易失性存储器。

闪存（Flash），无论是否通电、是否刷新数据，都能够长久地保持数据。和ROM一样属于非易失性存储器。

我们常说的手机中的8G+256G，8G就是内存——动态随机存取存储器（DRAM），256G就是闪存（Flash），内存决定手机可以运行多少APP，闪存决定手机可以存储多少照片、音乐、视频和APP。

闪存的内部可以简化为三部分：NAND、控制器芯片、接口。这三部分各司其职，共同决定了闪存的性能。NAND颗粒相当于存储器的载体，直接决定了存储器的容量大小，并且NAND的质量在一定程度上影响了存储器的稳定性，也就是读写次数（使用寿命）。控制器芯片（Contoller）相当于NAND颗粒的调度员，尽可能有序地将工作压力均匀分布于每一个存储器单元上，标记碎片文件以写入新的数据，影响存储器的稳定性和传输速度。接口，顾名思义是传输数据的通路，对存储器的数据传输速度起决定性作用。

存储器的标准，常见的有：嵌入式的多媒体存储卡（eMMC），主要针对手机或平板电脑等产品的内嵌式存储器标准规格；UFS（universal flash storage），与前者的区别主要在于接口，前者采用半双通、并行通道，可以理解为一条单向道路，并且车辆必须并行，而UFS采用的全双通、串行通道，可以理解为正逆双向道路，不仅可以同时双向发车、而且串行通道让车辆不再并排前行，将车辆串成一列，速度更快。从发展角度看，后者是接替前者的升级版，二者互不兼容，但作用与扮演的角色完全相同。

我国作为世界上最大的存储芯片市场，但长期以来的存储芯片都是依赖进口。当下存储器市场可以说是被国外巨头垄断的状态，尤其是DRAM，光三星、海力士、美光这三家的市场占有率就在94%以上。为了突破存储芯片市场，现在国内也有多家存储芯片企业突围，比如长江存储、长鑫存储、兆易创新、华天科技、复旦微电子等。

传感器就相当于人类的五官，可以感知/测量生活中的声音、图像、温度、湿度、压力和光信号等。

MEMS，指纹，麦克风，摄像头等，主要通过望闻问切来感知外部世界。

CMOS图像传感器（CIS），是将光学图像转换成电子信号的电子设备，相当于人的视网膜，手机、相机乃至卫星的拍摄成像都缺不了它。CIS领域的国内外代表企业有：索尼、三星、豪威科技、格科微等。

微机电系统（MEMS），是按功能要求在芯片上把微电路和微机械集成于一体的系统。在手机中的应用尤其广泛，比如磁传感器、指纹传感器、环境传感器等。MEMS领域的国内外代表企业有：博通、博世、歌尔微电子、敏芯微、士兰微等。

触摸/触控芯片（Touch），大家日常使用的手机和平板电脑，它们就内含触控芯片，这种芯片对环境变化具有灵敏的自动识别和跟踪功能。Touch芯片领域的国内外代表企业有：Atmel、比亚迪、晨星半导体、汇顶科技。

通信芯片相当于人类的神经，四通八达，传递信息和数据。

蓝牙、wifi，NB-IOT，宽带，USB接口，以太网接口，HDMI接口，驱动控制等，用于数据传输。

蓝牙芯片（Bluetooth），蓝牙大家经常会用到，它是一种近距离无线连接技术，支持声音、图像的传输。在蓝牙芯片领域有代表性的企业有：高通、赛普拉斯、Dialog、ST、紫光展锐等。

无线芯片（WIFI）就不用多说了，上网冲浪必备，也是一种近距离无线通信。在WIFI芯片领域有代表性的企业有：高通、博通、Marvell、联发科、瑞昱、乐鑫等。

窄带物联网芯片（NB-loT），是一种远距离无线通信，属于广域网。可以应用到智能抄表、智慧路灯、智慧停车、共享单车等多种领域。在NB-loT芯片领域有代表性的企业有：高通、华为、中兴微、联发科、紫光展锐等。

基带芯片（Base Band，BBIC）用来合成即将发射的基带信号，或对接收到的基带信号进行解码。手机基带芯片主要由微处理器、信道编码器、数字信号处理器、调制解调器和接口模块组成。

射频芯片（Radio Frenquency，RFIC），射频是一种高频交流变化电磁波，表示可以辐射到空间的电磁频率，频率范围在300KHz～300GHz之间。射频芯片指的就是将无线电信号通信转换成一定的无线电信号波形， 并通过天线谐振发送出去的一个电子元器件，是基带信号转变成高频无线电波的重要环节，是能够完成 。射频芯片架构包括接收通道和发射通道两大部分。

如果一台手机想要打电话，两个必须的芯片就是基带芯片与射频芯片。

“您好！”

首先，收到语音后，手机中的数模模块会将声音转化成模拟信号，再由基带生成数字信号，再由数据基带编码调制后，原始信号变成真正的基带数字信号，这个信号才是能够传送到射频芯片的信号。

到达射频芯片后，基带信号还不能起飞，因为基带信号频率分量较低、波长较长，从理论上看，当天线的长度为无线电信号波长的1/4时，天线的发射和接收转换效率最高，如果不调制到高频，天线就需要做的很长。正是因为射频芯片将基带芯片调制到高频，天线的体积才得以减小。

调制后射频信号功率较小，为了更好的起飞，还需要经过功率放大器的放大，在获得足够的射频功率以后才能前往天线。放大后，此射频信号通过滤波器和天线开关之后，将顺利飞到天空中。

射频信号飞到空中后，会传到附件的基站，经由运营商核心网的配对，找到准确的行进路线，在另一根天线处落地。通过多基站接续和核心网（光纤），即使终点在地球的另一端，信号也能到达。

之后的故事就简单了，与信息发出的过程相同，只不过调转了顺序。信号经过另一个天线开关、滤波器、低噪声放大器，再经过射频解调，再通过基带解码，数字信号转为模拟信号再转为声音信号。

“您好！”

电源芯片相当于人类的心脏，可以给身体其他器官提供营养物质。

电源芯片可以给ASIC、DSP、CPU、Memory、FPGA及其他数字或模拟负载提供供电。

DC/DC电源芯片（DCDC），指直流转换为直流的电源，是开关电源芯片的一种（另一种是AC/DC）。相较于AC/DC，DC/DC的设计技术及生产工艺在国内外均已成熟和标准化。

LDO低压差线性稳压器（LDO），是一种稳压器。在电子设计中，经常需要用不同的直流电压给不同器件供电，就可以通过LDO稳压芯片来实现。

电源管理单元（PMU），是一种高度集成的、更加便携式的电源管理方案，可以获得更高的电源转换效率和更低的功耗。

在电源芯片领域比较有代表性的国内外企业有：芯源系统、TI、英飞凌、东芝、瑞芯微、圣邦微电子、上海贝岭等。

接口芯片相当于人的“四肢”。同样可以用于传递信息和数据。

通用串行总线芯片（USB），是一个外部总线标准，是应用在PC和手机领域的一种接口技术。它也是我们日常接触比较多的一种，比如电脑上的USB插口、手机的USB充电线，都和我们的生活息息相关。在USB芯片领域有代表性的企业有：赛普拉斯、恩智浦和全志科技。

高清多媒体接口芯片（HDMI），是一种全数字化视频和声音发送接口，可以发送未压缩的音频及视频信号。生活中的笔记本电脑、电视、机顶盒就有HDMI接口。在HDMI芯片领域有代表性的企业有：东芝、ADI和全志科技。

集成电路芯片常用的半导体材料是硅。随着半导体技术的提升，寻找新的半导体材料，成了一个重要方向。半导体材料目前已经发展至第三代。

第一代的半导体材料：硅(Si)、锗(Ge)

在半导体材料的发展历史上，1990年代之前，作为第一代的半导体材料以硅材料为主占绝对的统治地位。目前，半导体器件和集成电路仍然主要是用硅晶体材料制造的，硅器件构成了全球销售的所有半导体产品的95％以上。硅半导体材料及其集成电路的发展导致了微型计算机的出现和整个信息产业的飞跃。

第二代半导体材料：砷化镓 (GaAs)、磷化铟 (InP)

随着以光通信为基础的信息高速公路的崛起和社会信息化的发展，以砷化镓、磷化铟为代表的第二代半导体材料崭露头角，并显示其巨大的优越性。砷化镓和磷化铟半导体激光器成为光通信系统中的关键器件，同时砷化镓高速器件也开拓了光纤及移动通信的新产业。

第三代半导体材料：氮化镓（GaN）、碳化硅（SiC）

第三代半导体材料的兴起，是以氮化镓材料P型掺杂的突破为起点，以高效率蓝绿光发光二极管和蓝光半导体激光器的研制成功为标志的，它在光显示、光存储、光照明等领域将有广阔的应用前景。

以氮化镓和碳化硅为代表的第三代半导体材料，具备高击穿电场、高热导率、高电子饱和速率及抗强辐射能力等优异性能，更适合于制作高温、高频、抗辐射及大功率电子器件，是固态光源和电力电子、微波射频器件的“核芯”，在半导体照明、新一代移动通信、能源互联网、高速轨道交通、新能源汽车、消费类电子等领域有广阔的应用前景，有望突破传统半导体技术的瓶颈，与第一代、第二代半导体技术互补，对节能减排、产业转型升级、催生新的经济增长点将发挥重要作用。

第三代半导体材料是目前全球战略竞争新的制高点。也是我们国家的重点扶持行业。十二五”期间，863计划重点支持了“第三代半导体器件制备及评价技术”项目。

第四代半导体材料：氧化镓(Ga2O3)

作为新型的宽禁带半导体材料,氧化镓（Ga2O3）由于自身的优异性能,凭借其比第三代半导体材料SiC和GaN更宽的禁带，在紫外探测、高频功率器件等领域吸引了越来越多的关注和研究。氧化镓是一种宽禁带半导体，禁带宽度Eg=4.9eV，其导电性能和发光特性良好，因此，其在光电子器件方面有广阔的应用前景，被用作于Ga基半导体材料的绝缘层，以及紫外线滤光片。这些是氧化镓的传统应用领域，而其在未来的功率、特别是大功率应用场景才是更值得期待的。

半导体材料的种类丰富多彩，除了上述典型材料，还有有机半导体、陶瓷半导体等材料，它们具有其独特的性质和应用。虽然这几代半导体材料听起来像是迭代的产品，但其实它们并不是替代关系，它们的特性不同，应用的场景也不一样。

可分为数字芯片、模拟芯片和数模混合芯片。

比如一台电脑主板，最主要的是CPU，其次是逻辑存储器，这些都是数字化器件，但对自然环境的检视，如对声音信号、对影像信号的拾取，就要依靠模拟器件。

相比而言，数字芯片设计通常为大型团队作战，研发周期较短，生命周期仅有1-2年，平均成本高，因此价格较高，下游需求主要集中在服务器与消费电子上。

模拟芯片的设计十分依赖工作人员日积月累的经验，一般为小团队作战，研发周期较长，产品使用周期较长（10年以上），价格相对较低，下游领域广泛、需求分散，可以应用于消费电子、汽车电子、工控医疗等。

数字集成电路对离散的数字信号（如用0和1两个逻辑电平来表示的二进制码）进行算术和逻辑运算的集成电路。数字芯片用于产生、放大和处理各种数字信号。

数字信号是指在时间上和数量上都不连续变化的信号，也可理解成离散的信号，如矩形电压信号、十字路口的交通信号灯、数字式电子仪表、自动生产线上产品数量的统计等。

数字芯片包括各类通用处理器、存储器、微控制器（MCU）等，生活中各类电子产品中控制器、移动硬盘等核心部件，以及实验室的检测设备如数字示波器、数字信号发生器中，都需要数字芯片。

◉ 通用处理器：通用处理器是由大量的逻辑电路组成的，它包含了控制、存储、运算、输入输出等部分，形成了一个完整的数据和信息处理系统，被称为电子产品和信息系统的大脑和中枢。常见的通用处理器包括中央处理器（CPU）、图像处理器（GPU）、数字信号处理器（DSP）、加速处理器（APU）等。CPU用于管理、调度和控制电子产品和信息系统各组成部分协调高效工作；GPU、DSP、APU接受CPU管理，但可以独立完成其特有的功能，例如图像显示、图形处理、数据和信息的处理等。

◉ 存储器：存储器是用于存储数据和信息的芯片。包含静态存储器（SRAM）、动态存储器（DRAM）、只读存储器（ROM）、闪存（Flash）等。SRAM与DRAM称为易失性存储器，SRAM用于电子产品中存储数据，在通电过程保持数据不变，断电后数据丢失；DRAM在通电过程中通过定时刷新保持数据不变，断电后数据丢失。ROM和Flash称为非易失性存储器，ROM一旦写入数据后，不论通电与否都不会丢失；Flash在通电过程中保持数据不变，断电也不丢失。

◉ 单片系统（SoC）：单片系统就是把一个电子系统全部集成到一颗芯片中。只要给SoC芯片加上电源和少量外部电路，就可以实现一个完整的电子产品或系统的功能。例如音视频播放器（MP4）、汽车导航仪等都可以用一个SoC芯片加少量外部元器件来实现。

◉ 微控制器（MCU）：微控制器是简化版的CPU，通常也称为单片机，是一个完整的微型计算机，只需要供电或加上极少的外围电路即可工作。常见的MCU有MCS-51系列、STM32系列、STC系列等。从阳台定时浇花器、电饭锅、电冰箱等的控制，到仪器、仪表、工业自动化生产线等的控制，再到高铁、飞机等的系统控制，MCU都是重要的组成部分。

◉  可编程逻辑器件（PLD）：上述芯片都属于固定逻辑电路的芯片，它们从代工厂生产出来后，功能就被固定下来，不能再进行任何大的改变。PLD由工厂生产出来后，其功能还没有确定，需要设计人员按需求进行编程后，芯片才能表现出想要的功能。因此，PLD芯片也称为半定制芯片。常见的现场可编程门阵列（FPGA）和复杂可编程逻辑器件（CPLD）都属于PLD。与中、小规模逻辑集成器件相比，PLD在原型系统开发、集成度、功耗和系统可靠性等方面有显著的优势。但是对于规模更大、更复杂的教字系统，CPLD和FPGA设计实现大型数字系统已成为普遍应用的方法。

模拟芯片用于产生、放大和处理各种模拟信号。

模拟信号是指随着时间连续变化的信号，如正弦波电压信号、摄相机摄下的图像、录音机录下的声音、车间控制室所记录的压力、转速、湿度等。

模拟芯片包括模数转换芯片（ADC）、运算放大器、线性稳压器、基准电压源等。

数模混合芯片则包括数模转换器、基带芯片、接口芯片等。

分立器件和模组(二极管、三极管、MOSFET、IGBT等)：这些器件和模组也是采用集成电路平面工艺制作而成，虽然封装成器件和模组的形式，外观不像一般的芯片，但它们也属于集成电路的范畴。

场效应管主要有两种类型，分别是结型场效应管（JFET）和绝缘栅场效应管（MOS管）。MOS管即MOSFET，是绝缘栅场效应管，可分为N沟耗尽型和增强型、P沟耗尽型和增强型四大类。MOSFET用于开关电源、镇流器、高频感应加热、高频逆变焊接机、通讯电源等高频电源。

IGBT是绝缘栅双极型晶体管，是由晶体三极管和MOS管组成的复合型半导体器件。IGBT作为新型电子半导体器件，具有输入阻抗高、电压控制功耗低、控制电路简单、耐高压、承受电流大等特性。在焊接、逆变器、电镀电源、超音频感应加热等领域有着广泛的应用。

◉ 电源电路：用于把200V、50Hz的交流电转换成不同输出电压和电流的直流电，作为各种电子产品和系统的电源。

◉ 信号检测电路：用于检测微弱的电信号，经过滤波、放大等多种前端处理后，变成便于处理的大信号或者数字信号。

◉ 滤波器芯片：在日常手机通话时，有无数条不同频道的电磁波在运动着，而使我们同频聊天不受其它电磁波干扰的芯片，就是滤波器芯片。滤波电路用于信号的提取、变换或抗干扰。它是一种选频电路，可以使信号中特定的频率成分通过，同时极大地衰减其他频率成分。

◉ 信号发生器：信号发生器芯片用于产生正弦波、矩形波、三角波、锯齿波等。它主要包括各种函数信号发生器、特殊频率、波形和脉冲信号发生器等。

◉ 放大器：放大器芯片用于对信号的电压、电流或功率进行放大，有着很大的信号覆盖能力，能大力增强信号。主要包括前置放大器、运算放大器和功率放大器等十多种放大器芯片。

◉ 射频芯片：指的是将无线电信号通信转换成一定的无线电信号波形, 并通过天线谐振发送出去的电子元器件。射频芯片种类很多，包括射频前端和射频后端，其中射频后端主要就是基带芯片。而射频前端则主要包括:射频天线、射频开关、功率放大器（PA）、低噪放大器（LNA）、滤波器等。

◉ 数模转换器芯片：包括A/D转换器芯片和D/A转换器芯片。模数转换器即A/D转换器，或简称ADC，A代表模拟量，D代表数字量，通常是指一个将模拟信号转变为数字信号的电子元件。数模转换器，又称D/A转换器，简称DAC，它是把数字量转变成模拟的器件。

◉ 光电转换电路：光电转换芯片是实现光通信和光电系统不可或缺的芯片种类。包括光电耦合器件、光电探测器二极管、光敏三极管、光敏电阻器等。

◉ 基带芯片：用来合成即将发射的基带信号，或对接收到的基带信号进行解码。手机基带芯片主要由微处理器、信道编码器、数字信号处理器、调制解调器和接口模块组成。

◉ 调制解调芯片：调制解调芯片是实现调制、解调功能的芯片。调制是把变化着的基带信号转成对应变化着的载波的幅度（调幅）、频率（调频）或相位（调相）等模拟量。解调是把变化着的载波的幅度（调幅）、频率（调频）或相位（调相）等模拟量转成对应变化着的基带信号。调制解调芯片在无线电收发报机、无线广播电视、无线通信、宽带网络和光纤网络等方面广泛应用。

◉ 接口芯片：接口芯片相当于人的“四肢”，同样可以用于传递信息和数据。常见的接口芯片包括通用串行总线芯片（USB）、高清多媒体接口芯片（HDMI）。USB是一个外部总线标准，是应用在PC和手机领域的一种接口技术，例如电脑的USB插口、手机的USB充电线。HDMI是一种全数字化视频和声音发送接口，可以发送未压缩的音频及视频信号。例如笔记本电脑、电视、机顶盒就有HDMI接口。

◉ 传感器：传感器用来测量和感知现实世界中的各种物理量，例如磁力、运动、压力、温度、湿度、图像、声音等。主要包括CMOS图像传感器（CIS）、微机电系统（MEMS）、触摸/触控芯片（Touch）等。CIS是将光学图像转换成电子信号的电子设备，相当于人的视网膜，其在手机、相机乃至卫星的拍摄成像中必不可少。MEMS是按功能要求在芯片上把微电路和微机械集成于一体的系统，例如手机中的磁传感器、指纹传感器、环境传感器等。Touch对环境变化具有灵敏的自动识别和跟踪功能，我们日常使用的手机和平板电脑就内含触控芯片。

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