芯片世界的微观解构:以人体为喻

芯片的分类方式繁多,如同看待同一座山峰,不同角度会呈现不同景象。有人按信号处理方式区分为模拟与数字,有人按设计理念划分为通用与专用,还有人按应用领域细分为航天级、汽车级、工业级和消费级。更有甚者,按制造工艺将其归类为7nm、14nm、28nm等等。企业在介绍自身业务时,也常以“我们专注于CPU/存储芯片”等功能性描述来概括。

本文尝试以一种更形象的方式,借助人体结构进行类比,从应用功能的角度出发,对芯片世界进行一次深入浅出的解读。

  1. 运算核心:处理器芯片

处理器芯片是电子设备的核心,负责信息处理、运算和逻辑控制,如同人类的大脑。

  • 中央处理器(CPU):是系统的运算和控制中枢,所有程序的运行都依赖于它。提到CPU,人们往往会想到英特尔,这家公司推出了世界上首款商用处理器。除英特尔外,AMD、IBM、高通等也是CPU设计领域的佼佼者。中国企业中,华为、龙芯、海光、北京君正等也在积极发展自主CPU技术。

  • 图形处理器(GPU):专责图像和图形相关的运算,常用于电脑、手机等设备,提供流畅的视觉体验。英特尔、英伟达、AMD是GPU领域的主要玩家。近年来,中国GPU产业也涌现出一批新锐企业,如壁仞科技、摩尔线程、芯动科技、景嘉微等。

  • 数字信号处理器(DSP):擅长处理大量的数字信号,应用范围广泛,不仅限于音视频处理,还包括自动控制、雷达、军事、航天、医疗、家电等领域。微芯科技、德州仪器、亚德诺半导体、ARM等公司在DSP芯片领域拥有重要地位。

  • 微控制器(MCU):将运算、存储、接口等功能集成于单一芯片,构成微型计算机系统。MCU应用广泛,尤其在汽车电子领域,一辆汽车中通常包含数十颗MCU芯片。瑞萨电子、恩智浦、意法半导体是国际MCU市场的主要供应商,中国企业如华大半导体、士兰微、复旦微电子等也在努力追赶。

  1. 记忆之库:存储芯片

存储芯片负责存储信息和数据,如同人类大脑皮层,负责记忆的存储和提取。

  • 静态随机存取存储器(SRAM):在通电状态下可长期保存数据,断电则数据丢失,属于易失性存储器。

  • 动态随机存取存储器(DRAM):数据保存时间短暂,需要定时刷新才能维持数据,断电后数据同样会丢失,也属于易失性存储器。

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  • 只读存储器(ROM):数据一旦写入便永久保存,即使断电也不会丢失,属于非易失性存储器。

  • 闪存(Flash):无论是否通电或刷新,都能长期保存数据,与ROM一样属于非易失性存储器。

中国是全球最大的存储芯片市场,但长期以来依赖进口。目前,存储器市场主要由三星、海力士、美光等国际巨头主导。中国企业如长江存储、长鑫存储、兆易创新、华天科技、复旦微电子等正在努力打破这一局面。

  1. 感知世界:传感器

传感器负责感知和测量环境信息,如同人类的五官,捕捉声音、图像、温度、湿度、压力、光线等信号。

  • CMOS图像传感器(CIS):将光学图像转换为电子信号,如同人的视网膜,广泛应用于手机、相机、卫星等成像设备。索尼、三星、豪威科技、格科微等是CIS领域的主要供应商。

  • 微机电系统(MEMS):在芯片上集成微电路和微机械结构,广泛应用于手机中的磁传感器、指纹传感器、环境传感器等。博世、博通、歌尔微电子、敏芯微、士兰微等是MEMS领域的代表企业。

  • 触摸/触控芯片(Touch):赋予设备触摸感应能力,广泛应用于手机、平板电脑等设备。Atmel、比亚迪、晨星半导体、汇顶科技等是Touch芯片领域的主要供应商。

  1. 能量之源:电源芯片

电源芯片负责为其他芯片提供电力,如同人类的心脏,为身体各器官输送能量。

  • DC/DC电源芯片(DCDC):将直流电转换为直流电,是开关电源芯片的一种。

  • LDO低压差线性稳压器(LDO):提供稳定的直流电压,满足不同器件的供电需求。

  • 电源管理单元(PMU):提供高度集成的电源管理方案,实现更高的转换效率和更低的功耗。

芯源系统、德州仪器、英飞凌、东芝、瑞芯微、圣邦微电子、上海贝岭等是电源芯片领域的重要企业。

  1. 信息通道:通信芯片

通信芯片负责信息和数据的传输,如同人类的神经系统,连接各个器官。

  • 蓝牙芯片(Bluetooth):实现近距离无线连接,支持声音和图像传输。高通、赛普拉斯、Dialog、意法半导体、紫光展锐等是蓝牙芯片领域的主要供应商。

  • 无线芯片(WIFI):实现无线网络连接。高通、博通、Marvell、联发科、瑞昱、乐鑫等是WIFI芯片领域的重要企业。

  • 窄带物联网芯片(NB-loT):实现远距离无线通信,应用于智能抄表、智慧路灯、智慧停车、共享单车等领域。高通、华为、中兴微、联发科、紫光展锐等是NB-loT芯片领域的主要参与者。

  1. 连接内外:接口芯片

接口芯片负责设备之间的连接,如同人类的四肢,连接身体与外部世界。

  • 通用串行总线芯片(USB):提供通用的外部总线接口,广泛应用于电脑和手机等设备。赛普拉斯、恩智浦和全志科技等是USB芯片领域的主要供应商。

  • 高清多媒体接口芯片(HDMI):提供高清视频和音频传输接口,应用于笔记本电脑、电视、机顶盒等设备。东芝、亚德诺半导体和全志科技等是HDMI芯片领域的重要企业。

结语

在全球芯片产业蓬勃发展的今天,深入理解芯片的分类和功能至关重要。本文以人体为喻,旨在为读者提供一个更形象、更易懂的芯片世界导览。