手机芯片为什么是终极宿命(这些知识点都不懂)
*本文来自花粉俱乐部论坛-请称呼我所长
提到半导体芯片,或许不少人的第一反应就是高科技、搞不懂!但其实,普通人也并非完全搞不懂!接下来,所长就用简单的语言进行描述,让更多的人来了解下芯片及其制造技术~
芯片(chip)是半导体元件产品的统称,是集成电路(IC)的载体,由晶圆分割而成。因此,我们首先需要了解一下半导体。
半导体指常温下导电性能介于导体与绝缘体之间的材料。具体的定义我们就不多说了,直接说重点!半导体中有一种P型半导体,还有一种N型半导体,这两种半导体放在一起就形成了“PN结”!
PN结具有单向导电性:加正向电压时,有较大电流;加反向电压时,反向漂移电流非常小!将PN结两端接上导线,就是传说中的二极管= ̄ω ̄=
使用二极管,可以组成各种逻辑门电路!使用逻辑门电路能够组成更加复杂的电路,进而达到运算的目的。之后,随着科技的发展,人类史上第一台计算机诞生了!
这第一台计算机使用了18000只电子管,6000个开关,7000只电阻,10000只电容,50万条线,重达30吨!而接下来就很简单了,将这30吨的“电路”集成到指甲那么大的地方上,便是芯片~
为了尽可能的将运算电路缩小,工程师们选择在硅片上直接制作PN结和电路。接下来,我们来聊一聊芯片的制作过程。
1.硅
把下图中的东西氯化再蒸馏,便能得到纯度很高的硅,切成片就是硅片~
硅的评判指标是纯度,太阳能级高纯硅要求99.9999%(全世界超过一半为中国产),芯片用的电子级高纯硅要求99.999999999%( 共11个9),几乎全赖进口!2018年,江苏的鑫华公司刚刚实现量产,目前年产0.5万吨,而中国一年进口15万吨。
2.晶圆
硅提纯时,需要旋转,成品如下图:
切片后的硅片也是圆的,因此就叫“晶圆”,相信很多人都听过这个词吧~
切好之后,需要在晶圆上把成千上万的电路装起来的,由“晶圆厂”完成,晶圆加工的过程比较繁琐,这里就不详细说明了~
上图中的一个个小方块就是芯片,芯片放大来看就是一大堆电路,最底层使十分简单的门电路~那么问题来了,为什么不把芯片做的更大一些来安装更多的电路,以提升性能呢?答案就一个字:钱!
一块300mm直径的晶圆,16nm工艺可以做出100块芯片,10nm工艺可以做出210块芯片,于是价格就便宜了一半,这样在市场上便更有优势,能够赚更多的钱继续投入研发~
3.设计与制造
芯片公司有三类:设计制造都做、只做设计、只做制造。早期的设计制造都是一起的,比较著名的有美国英特尔、韩国三星、中国台湾旺宏电子等。随着芯片越来越复杂,设计与制造逐渐分开;只做设计的芯片公司包括美国的高通、博通、AMD,中国台湾的联发科,大陆的华为海思、展讯等。
下面所长来详细介绍一下高通、麒麟、联发科等手机芯片~高通骁龙处理器在安卓手机中应用十分广泛,其中800系列为高端、600系列为中高端、400系列为中低端~
高通的设计偏向于性能模式,CPU、GPU等性能十分强悍,但一不小心容易成为“火龙”~
再来说联发科处理器,台湾联发科技股份有限公司(MediaTek.Inc)是全球著名IC设计厂商,专注于无线通讯及数字多媒体等技术领域。
虽然联发科很出名,但可惜的是,其SoC的整体性能和优化均落后于“旗舰”的水平,因此经常被用于中低端手机上,而且还有网友戏称其为“一核有难,九核围观” ╮(╯▽╰)╭
最后了解一下麒麟芯片。提起麒麟芯片,我们总是会说“海思麒麟”,其实海思即是麒麟芯片的设计厂商,是华为旗下的子公司。
华为于2009年开始启动研发手机处理器芯片,并于2014年打造出第一款手机SoC,命名为麒麟芯片(Kirin)。
虽然初始的K3V2芯片功耗较高、兼容性较差,但之后每一代都的麒麟芯片都有大幅提升:解决了功耗和兼容性问题的麒麟910;搭载麒麟920的Mate7销售量超过700万台;2015年发布麒麟950,全年手机销量达1.08亿台,好评如潮;960系列GPU性能大幅提升;970系列首次搭载NPU……
到了最新的麒麟980,全球首发7nm工艺、第四代自研ISP、双NPU加持、首个提供5G功能的移动平台……其实,这几家能够做出自己的SoC,都可称得上是非常伟大的公司了,所以呢,具体性能就不对比啦~
还有一类只制造不设计的晶圆代工厂,包括台湾的台积电、联华电子、力晶半导体等等。可以说,晶圆代工厂基本上是台湾的天下,美国韩国也得靠边站~
大陆的中芯国际具备28nm工艺,14nm的生产线也在路上,可惜还没盈利。而台积电几乎拿下了全球70%的28nm以下代工业务!
说到这,就不得不提一下麒麟980芯片~麒麟980芯片全球首发7nm工艺,由华为海思设计,台积电进行加工!
芯片加工过程中需要用到的光刻机、刻蚀机、涂胶显影机等设备,所长觉得有些复杂,就不多说啦,毕竟要说的话,这篇帖子就写不完咯~
4.封测
芯片做好后,得从晶圆上切下来,接上导线,装上外壳,进行测试,这一过程称为封测。8月10号,第一封装大厂日月光(ASX)发布公告称,将以29.18亿新台币(约合人民币6.5亿元)的价格,把旗下苏州日月新半导体30%的股份卖给紫光集团。很不错的消息(^▽^ )
总体来说,中国的芯片行业还有很长的路要走,总体水平虽然不是很高,但可以说在每个领域都有所涉及,前景值得期待!
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