Cách phân loại chất bán dẫn

Có sáu phân loại cho chất bán dẫn, được phân loại theo tiêu chuẩn sản phẩm, loại tín hiệu xử lý, quy trình sản xuất, chức năng sử dụng, lĩnh vực ứng dụng và phương pháp thiết kế.

1ã Phân loại theo tiêu chuẩn sản phẩm

Chất bán dẫn có thể được chia thành bốn loại: mạch tích hợp, thiết bị rời rạc, thiết bị quang điện và cảm biến. Trong số đó, mạch tích hợp là quan trọng nhất.

Các mạch tích hợp, cụ thể là IC, chip và chip. Các mạch tích hợp có thể được chia thành bốn khu vực phụ: mạch tương tự, mạch logic, bộ vi xử lý và bộ nhớ. Trong các phương tiện truyền thông đại chúng, cảm biến, thiết bị rời, v.v. còn được gọi là IC hoặc chip.

Năm 2019, mạch tích hợp chiếm 84% doanh số bán sản phẩm bán dẫn toàn cầu, cao hơn nhiều so với 3% thiết bị rời, 8% thiết bị quang điện và 3% cảm biến.

2ã Phân loại theo tín hiệu xử lý

Chip xử lý nhiều tín hiệu tương tự hơn là chip analog và chip xử lý nhiều tín hiệu kỹ thuật số hơn là chip kỹ thuật số.

Tín hiệu tương tự chỉ đơn giản là tín hiệu được phát ra liên tục, chẳng hạn như âm thanh. Loại phổ biến nhất trong tự nhiên là tín hiệu tương tự. Tương ứng là một tín hiệu kỹ thuật số rời rạc bao gồm 0 và 1 và các cổng không logic.

Tín hiệu tương tự và tín hiệu số có thể chuyển đổi lẫn nhau. Ví dụ: hình ảnh trên điện thoại di động là tín hiệu tương tự, có thể chuyển đổi thành tín hiệu số thông qua bộ chuyển đổi ADC, được xử lý bởi chip kỹ thuật số và cuối cùng được chuyển đổi thành tín hiệu tương tự thông qua bộ chuyển đổi DAC.

Các chip tương tự phổ biến bao gồm bộ khuếch đại hoạt động, bộ chuyển đổi kỹ thuật số sang tương tự, vòng khóa pha, chip quản lý năng lượng, bộ so sánh, v.v.

Các chip kỹ thuật số phổ biến bao gồm IC kỹ thuật số đa năng và IC kỹ thuật số chuyên dụng (ASIC). IC kỹ thuật số chung bao gồm DRAM bộ nhớ, MCU vi điều khiển, MPU vi xử lý, v.v. IC chuyên dụng là mạch được thiết kế cho mục đích cụ thể của người dùng.

3ã Phân loại theo quy trình sản xuất

Chúng ta thường nghe thuật ngữ chip "7nm" hoặc "14nm", trong đó nanomet đề cập đến chiều dài cổng của bóng bán dẫn bên trong chip, là chiều rộng đường tối thiểu bên trong chip. Tóm lại, nó đề cập đến khoảng cách giữa các dòng.

Quy trình sản xuất hiện tại lấy 28 nm làm đầu nguồn và những quy trình dưới 28 nm được gọi là quy trình sản xuất tiên tiến. Hiện tại, quy trình sản xuất tiên tiến nhất ở Trung Quốc đại lục là 14nm của SMIC. TSMC và Samsung hiện là những công ty duy nhất trên thế giới có kế hoạch sản xuất hàng loạt 5nm, 3nm và 2nm.

Nói chung, quy trình sản xuất càng tiên tiến, hiệu suất của chip càng cao và chi phí sản xuất càng cao. Nói chung, đầu tư cho R&D cho thiết kế chip 28nm cao tới 1-2 tỷ nhân dân tệ, trong khi chip 14nm cần 2-3 tỷ nhân dân tệ.

4ã Phân loại theo chức năng sử dụng

Ta có thể tương khắc theo tạng người:

Bộ não - Chức năng tính toán, được sử dụng để phân tích tính toán, được chia thành chip điều khiển chính và chip phụ trợ. Chip điều khiển chính bao gồm CPU, FPGA và MCU, trong khi chip phụ bao gồm GPU phụ trách xử lý đồ họa và hình ảnh và chip AI phụ trách điện toán trí tuệ nhân tạo.

Vỏ não - Các chức năng lưu trữ dữ liệu, chẳng hạn như DRAM, NAND, FLASH (SDRAM, ROM), v.v.

Năm giác quan - chức năng cảm biến, chủ yếu bao gồm các cảm biến, chẳng hạn như MEMS, chip vân tay (MEMS micrô, CIS), v.v.

Chi - Các chức năng truyền, chẳng hạn như giao diện Bluetooth, WIFI, NB-IOT, USB (giao diện HDMI, điều khiển ổ đĩa), để truyền dữ liệu.

Tim - Cung cấp năng lượng, chẳng hạn như DC-AC, LDO, v.v.

5ã Phân loại theo lĩnh vực ứng dụng

Nó có thể được chia thành bốn loại, cụ thể là cấp dân sự, cấp công nghiệp, cấp ô tô và cấp quân sự.

6ã Phân loại theo phương pháp thiết kế

Ngày nay, có hai phe chính trong thiết kế chất bán dẫn, một phe mềm và phe kia cứng, đó là FPGA và ASIC. FPGA được phát triển đầu tiên và vẫn là dòng chính. FPGA là một chip logic lập trình được cho mục đích chung có thể được lập trình DIY để thực hiện các mạch kỹ thuật số khác nhau. ASIC là một chip kỹ thuật số chuyên dụng. Sau khi thiết kế một mạch kỹ thuật số, chip được tạo ra không thể thay đổi. FPGA có thể tái cấu trúc và xác định các chức năng của chip với tính linh hoạt mạnh mẽ, trong khi ASIC có tính đặc hiệu cao hơn.