集成电路芯片（IC）是当前各人热议的话题，但您领会它有那些分类的吗？

跟着产物越来越智能，芯片无处不在，电脑、手机、家电、汽车、高铁、电网、医疗仪器、机器人、工业掌握系统等各类产物都离不开芯片，而人工智能、云计算、大数据、物联网等重要财产，无一破例地以芯片做为硬件根底。芯片利用普遍，品种繁多。本文连系智妙手机和智能汽车中蕴含的芯片，对芯片的分类停止切磋，敬请责备斧正。

多个角度看芯片的分类

根据差别的处置信号分类

1.根据差别的处置信号分类，芯片能够分为：数字芯片、模仿芯片和数模混合芯片。数字芯片用于产生、放大和处置各类数字信号。模仿芯片用于产生、放大和处置各类模仿信号。

模仿信号是指跟着时间持续改变的信号，如正弦波电压信号、摄相机摄下的图像、灌音机录下的声音、车间掌握室所笔录的压力、转速、湿度等。数字信号是指在时间上和数量上都不持续改变的信号，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、主动消费线上产物数量的统计等。

数字芯片包罗各类通用途理器、存储器、微掌握器（MCU）等，生活中各类电子产物中掌握器、挪动硬盘等核心部件，以及尝试室的检测设备如数字示波器、数字信号发作器中，都需要数字芯片。模仿芯片包罗模数转换芯片（ADC）、运算放大器、线性稳压器、基准电压源等。数模混合芯片则包罗数模转换器、基带芯片、接口芯片等。

数字芯片、模仿芯片和数模混合芯片详细包罗以下类型：

（1）数字芯片

数字芯片的分类

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◉ 通用途理器：通用途理器是由大量的逻辑电路构成的，它包罗了掌握、存储、运算、输进输出等部门，构成了一个完全的数据和信息处置系统，被称为电子产物和信息系统的大脑和中枢。常见的通用途理器包罗中心处置器（CPU）、图像处置器（GPU）、数字信号处置器（DSP）、加速处置器（APU）等。CPU用于治理、调度和掌握电子产物和信息系统各构成部门协调高效工做；GPU、DSP、APU承受CPU治理，但能够独立完成其特有的功用，例如图像展现、图形处置、数据和信息的处置等。

Intel酷睿i7CPU芯片

◉ 存储器：存储器是用于存储数据和信息的芯片。包罗静态存储器（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用于电子产物中存储数据，在通电过程连结数据稳定，断电后数据丧失；DRAM在通电过程中通过按时刷新连结数据稳定，断电后数据丧失。ROM和Flash称为非易失性存储器，ROM一旦写进数据后，不管通电与否都不会丧失；Flash在通电过程中连结数据稳定，断电也不丧失。

◉ 单片系统（SoC）：单片系统就是把一个电子系统全数集成到一颗芯片中。只要给SoC芯片加上电源和少量外部电路，就能够实现一个完全的电子产物或系统的功用。例如音视频播放器（MP4）、汽车导航仪等都能够用一个SoC芯片加少量外部元器件来实现。

华为海思的5G手机SoC芯片-麒麟9000

◉ 微掌握器（MCU）：微掌握器是简化版的CPU，凡是也称为单片机，是一个完全的微型计算机，只需要供电或加上少少的外围电路即可工做。常见的MCU有MCS-51系列、STM32系列、STC系列等。从阳台按时浇花器、电饭锅、电冰箱等的掌握，到仪器、仪表、工业主动化消费线等的掌握，再到高铁、飞机等的系统掌握，MCU都是重要的构成部门。

STM32系列MCU

◉ 可编程逻辑器件（PLD）：上述芯片都属于固定逻辑电路的芯片，它们从代工场消费出来后，功用就被固定下来，不克不及再停止任何大的改动。PLD由工场消费出来后，其功用还没有确定，需要设想人员按需求停止编程后，芯片才气表示出想要的功用。因而，PLD芯片也称为半定造芯片。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比拟，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。但是关于规模更大、更复杂的教字系统，CPLD和FPGA设想实现大型数字系统已成为普及利用的办法。领会更多FPGA根底常识，详见FPGA芯片知几。

（2）模仿芯片

模仿芯片的分类

分立器件和模组(二极管、三极管、MOSFET、IGBT等)：那些器件和模组也是摘用集成电路平面工艺造造而成，固然封拆成器件和模组的形式，外看不像一般的芯片，但它们也属于集成电路的范围。

场效应管次要有两品种型，别离是结型场效应管（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沟耗尽型和加强型、P沟耗尽型和加强型四大类。MOSFET用于开关电源、镇流器、高频感应加热、高频逆变焊接机、通信电源等高频电源。

IGBT是绝缘栅双极型晶体管，是由晶体三极管和MOS管构成的复合型半导体器件。IGBT做为新型电子半导体器件，具有输进阻抗高、电压掌握功耗低、掌握电路简单、耐高压、承担电流大等特征。在焊接、逆变器、电镀电源、超音频感应加热等范畴有着普遍的利用。

◉ 电源电路：用于把200V、50Hz的交换电转换成差别输出电压和电流的曲流电，做为各类电子产物和系统的电源。

◉ 信号检测电路：用于检测微弱的电信号，颠末滤波、放大等多种前端处置后，酿成便于处置的大信号或者数字信号。

◉ 滤波器芯片：在日常手机通话时，有无数条差别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骚乱的芯片，就是滤波器芯片。滤波电路用于信号的提取、变更或抗骚乱。它是一种选频电路，能够使信号中特定的频次成分通过，同时极大地衰减其他频次成分。

◉ 信号发作器：信号发作器芯片用于产生正弦波、矩形波、三角波、锯齿波等。它次要包罗各类函数信号发作器、特殊频次、波形和脉冲信号发作器等。

◉ 放大器：放大器芯片用于对信号的电压、电流或功率停止放大，有着很大的信号笼盖才能，能鼎力加强信号。次要包罗前置放大器、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必然的无线电信号波形, 并通过天线谐振发送出往的电子元器件。射频芯片品种良多，包罗射频前端和射频后端，此中射频后端次要就是基带芯片。而射频前端则次要包罗:射频天线、射频开关、功率放大器（PA）、低噪放大器（LNA）、滤波器等。

（3）数模混合芯片

数模混合芯片的分类

◉ 数模转换器芯片：包罗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代表模仿量，D代表数字量，凡是是指一个将模仿信号改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，它是把数字量改变成模仿的器件。

◉ 光电转换电路：光电转换芯片是实现光通信和光电系统不成或缺的芯片品种。包罗光电耦合器件、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，或对领受到的基带信号停止解码。手机基带芯片次要由微处置器、信道编码器、数字信号处置器、调造解调器和接口模块构成。

◉ 调造解调芯片：调造解调芯片是实现调造、解调功用的芯片。调造是把改变着的基带信号转成对应改变着的载波的幅度（调幅）、频次（调频）或相位（调相）等模仿量。解调是把改变着的载波的幅度（调幅）、频次（调频）或相位（调相）等模仿量转成对应改变着的基带信号。调造解调芯片在无线电收发报机、无线播送电视、无线通信、宽带收集和光纤收集等方面普遍利用。

◉ 接口芯片：接口芯片相当于人的“四肢”，同样能够用于传递信息和数据。常见的接口芯片包罗通用串行总线芯片（USB）、高清多媒体接口芯片（HDMI）。USB是一个外部总线原则，是利用在PC和手机范畴的一种接口手艺，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，能够发送未压缩的音频及视频信号。例如条记本电脑、电视、机顶盒就有HDMI接口。

◉ 传感器：传感器用来丈量和感知现实世界中的各类物理量，例如磁力、运动、压力、温度、湿度、图像、声音等。次要包罗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、相机甚至卫星的拍摄成像中必不成少。MEMS是按功用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、情况传感器等。Touch对情况改变具有灵敏的主动识别和跟踪功用，我们日常利用的手机和平板电脑就内含触控芯片。

2、根据功用分类

根据常见的利用功用分类，芯片能够分为：处置器芯片、存储器、传感器、电源治理芯片、通信芯片、接口芯片、公用集成电路（ASIC）。

根据功用划分芯片

此中，处置器芯片、存储器、传感器、通信芯片和接口芯片都在上文中介绍过，此处不再赘述。

电源治理芯片是电子设备系统中承担电能检测、分配、转换等电源治理职责的芯片，次要负责识别CPU的电源幅值，促进后期电路的功率输出，是所有电子设备中不成贫乏的安装。常见的电源治理芯片次要包罗低压差线性稳压器（LDO）、DC/AC转换器芯片、电池治理芯片、驱动芯片、开关电源掌握芯片。LDO是输进/输出压差低的线性调整器，在限制电源和供电才能下供给不变的输出电压；驱动芯片次要是通过电压、电流等信号的调整来驱动电子器件一般运行以及运行掌握，包罗LED驱动、LCD驱动、电机驱动等；开关电源掌握芯片中利用的电力电子器件次要为二极管、IGBT和MOSFET。

公用集成电路（ASIC）：ASIC被认为是一种为专门目标而设想的集成电路，是指应特定用户要乞降特定电子系统的需要而设想、造造的芯片，也称全定造芯片。例如二代身份证里的芯片，一证对应着一人。

3、根据工艺造程分类

根据工艺造程分类，芯片能够分为：5nm芯片、7nm芯片、14nm芯片、28nm芯片……芯片的纳米数是造造芯片的造程，其实就是指CMOS器件的栅长，或指晶体管电路的特征尺寸，间隔越小就能在同等大小的面积上集成更多的晶体管，芯片就能做得越复杂，越先辈性能越好，功耗越低。

以手机芯片为例，电流从源极（Source）流进漏极（Drain），栅极（Gate）相当于闸门，次要负责掌握两头源极和漏极的通断。而栅极的最小宽度（栅长）就是工艺造程。手机芯片的工艺造程越小，栅极宽度就越小，意味着闸门通道越小，单元面积所包容的晶体管就会越多，芯片就越先辈，性能就越强。

4、根据半导体素材类型分类

集成电路芯片常用的半导体素材是硅。跟着半导体手艺的提拔，觅觅新的半导体素材，成了一个重要标的目的。半导体素材目前已经开展至第三代。

第一代半导体素材：硅（Si）和锗（Ge）。

硅（Si）：是目前利用最普遍的半导体素材，常见的用硅造成的芯片有CPU、GPU、存储芯片等。

锗（Ge）：是早期晶体管的素材，活泼在光纤、太阳能电池等范畴。

第二代半导体素材：第二代半导体素材与第一代有素质的差别，第一代半导体的硅和锗属于单量半导体，也就是由单一物量构成。而第二代属于化合物半导体素材，由两种或两种以上元素合成而来，适用于造造高速、高频、大功率以及发光电子器件，是造造高性能微波、毫米波器件及发光器件的优良素材，普遍利用于卫星通信、挪动通信、光通信、GPS导航等范畴。第二代半导体素材常见的是砷化镓（GaAs）和磷化铟 （InP）。

第三代半导体素材：第三代半导体同样属于化合物半导体素材，具有更宽的禁带宽度、更高的导热率、更高的抗辐射才能等特征，更合适于造造高温、高频、抗辐射及大功率电子器件。第三代半导体素材常见的是碳化硅（SiC）和氮化镓（GaN）。目前，5G基站、新能源汽车和快充等都是第三代半导体的重要利用范畴。

固然那几代半导体素材听起来像是迭代的产物，但其实它们并非替代关系，它们的特征差别，利用的场景也纷歧样。

三代半导体素材比照表

智妙手机中芯片的“门派”

智妙手机中集成了大大小小上百颗芯片，那些芯片协同工做，才气带来特殊的利用体验。例如，手机屏幕展现各类颜色需要屏幕驱动芯片，发出声音需要音频处置芯片，存储照片需要存储芯片，指纹识别需要指纹识别芯片，手机电池需要电源治理芯片等。智妙手机的芯片能够分为以下类型：

手机芯片的分类

最重要的手机芯片是利用处置器（AP），是手机里的最强大脑和神经中枢，AP是在低功耗的中心处置器（CPU）的根底上扩展音视频功用的公用接口的超大规模集成电路。每年新手机发布时，厂商鼓吹的高性能芯片就是AP，例如华为的麒麟系列、苹果公司的A系列、三星的Exynos系列等。

差别功用的实现对处置器性能的要求也纷歧样。因而，手机中还会有一些零丁设想的协处置器，协助AP完成全面的手机功用，例如图像处置芯片（GPU）、音频处置芯片等。

手机的核心功用是通信，离不开射频芯片和基带芯片。射频芯片负责射频收发、频次合成和功用放大；基带芯片负责信号处置和协议处置。基带芯片能够合成即将发射的基带信号，而且解码领受到的基带信号。发射基带信号时，把音频信号编译成基带码；领受信号时，把基带码译码为音频信号。射频芯片将信号放大，通过手机天线，就能够将信号发射到空中，再通过通信收集传输给对方。5G手机与4G手机的更大区别，在于能否撑持5G收集。而5G收集的撑持与否，次要由手机的基带芯片决定。基带芯片是用来合成即将发射的基带信号，或对领受到的基带信号停止解码的芯片，有点像手机的“网卡”、“猫（调造解调器）”。

手机的存储空间与存储芯片密切相连。一般而言，我们常说的8GB+128GB，前者8GB指的是运行内存（RAM），是手机在运行的软件和系统占用的内存，它的感化就是让手机能够同时运行多个App，保障足够的运行内存，也是保障手机运行法式顺畅的根底。RAM的感化，能够归纳综合成一句话：RAM越大，可同时运行的法式就越多，一些需要大量存储空间的游戏也越顺畅。同等CPU设置装备摆设的情状下，RAM越大手机运行就越顺畅。后者128GB一般是指存储内存（ROM），其感化和电脑上的硬盘类似，用来存储手机运行时的缓存和用户存储的数据，它决定了手机能贮存几照片和视频，下载几游戏。

除上述芯片之外，负责各类详细功用的芯片则散布在手机内的各个角落。例如电源治理芯片、屏幕触摸掌握器、无线充电掌握器等芯片。能够说，手机内部构造十分复杂，就像一座小型的城市，各类芯片各司其职，配合支持起手机功用的实现，才有了现在通信、工做、娱乐各项万能的智妙手机。

智能汽车中的芯片类别

在汽车的胎压监测系统TMPS、摄像头、整车掌握器、主动驾驶域掌握器等模块，各类芯片是必不成少的。

汽车芯片可大致分为三大类：“微掌握单位（MCU）”、“功率半导体”和“传感器”。

汽车芯片的分类

MCU是微掌握单位，次要是指处置器和掌握器芯片。它在一颗芯片上集成了计算核心、存储核心和对接接口等模块，小到车窗起落，大到驾驶辅助都需要用到MCU。汽车内部包罗电子掌握系统、信息娱乐系统、动力总成系统、车辆运动系统等，那些系统下面又存在着浩瀚子功用项，每个子功用项背后都有一个掌握器，掌握器内部会有一颗MCU。目前时髦的“主动驾驶系统”也离不开MCU。

汽车功率半导体次要用于汽车动力掌握系统、照明系统、燃油喷射、底盘平安系统等，次要负责功率转换，多用于电源和接口。例如电动汽车用的IGBT功率芯片，以及场效晶体管MOSFET等。此中，功率半导体在传统燃油车中一般用于启动和发电等模块；新能源汽车需要大量的功率半导体才气实现车辆电压的频繁改变。所以在新能源汽车中功率半导体是用量最多的器件。

汽车传感器是汽车计算机系统的输进安装，其功用是将车速、各类介量的温度、策动机的工做形态等信息转化为电信号输给计算机，以便汽车处于更佳工做形态。汽车传感器常见类型有：策动机转速传感器、胎压传感器、水温传感器、车速传感器等。

总结

分类是熟悉一切事物的根底。芯片是当前各界热议和存眷的话题，我国也在鼎力开展芯片财产。本文对芯片的分类如许一个根本而重要的话题停止了切磋，期看可以对广阔读者全面领会芯片财产和芯片的利用有必然的裨益。

芯片造造是一个“点沙成金”的过程，一粒沙子若何变身圆晶？圆晶若何造成芯片？万物末需溯本求源，一颗芯片从设想到降生，事实履历了如何漫长的“游览”？