Πώς να ταξινομήσετε τους ημιαγωγούς

Υπάρχουν έξι ταξινομήσεις για ημιαγωγούς, οι οποίες ταξινομούνται ανά πρότυπο προϊόντος, τύπο σήματος επεξεργασίας, διαδικασία κατασκευής, λειτουργία χρήσης, πεδίο εφαρμογής και μέθοδο σχεδιασμού.

1ã Ταξινόμηση ανά πρότυπο προϊόντος

Οι ημιαγωγοί μπορούν να χωριστούν σε τέσσερις κατηγορίες: ολοκληρωμένα κυκλώματα, διακριτές συσκευές, φωτοηλεκτρικές συσκευές και αισθητήρες. Μεταξύ αυτών, τα ολοκληρωμένα κυκλώματα είναι τα πιο σημαντικά.

Ολοκληρωμένα κυκλώματα, συγκεκριμένα, IC, τσιπ και τσιπ. Τα ολοκληρωμένα κυκλώματα μπορούν περαιτέρω να χωριστούν σε τέσσερις υποτομείς: αναλογικά κυκλώματα, λογικά κυκλώματα, μικροεπεξεργαστές και μνήμη. Στα μέσα μαζικής ενημέρωσης, οι αισθητήρες, οι διακριτές συσκευές κ.λπ. αναφέρονται επίσης ως IC ή τσιπ.

Το 2019, τα ολοκληρωμένα κυκλώματα αντιπροσώπευαν το 84% των παγκόσμιων πωλήσεων προϊόντων ημιαγωγών, πολύ υψηλότερα από το 3% των διακριτών συσκευών, το 8% των φωτοηλεκτρικών συσκευών και το 3% των αισθητήρων.

2ã Ταξινόμηση ανά σήμα επεξεργασίας

Ένα τσιπ που επεξεργάζεται περισσότερα αναλογικά σήματα είναι ένα αναλογικό τσιπ και ένα τσιπ που επεξεργάζεται περισσότερα ψηφιακά σήματα είναι ένα ψηφιακό τσιπ.

Τα αναλογικά σήματα είναι απλά σήματα που εκπέμπονται συνεχώς, όπως ο ήχος. Ο πιο κοινός τύπος στη φύση είναι τα αναλογικά σήματα. Το αντίστοιχο είναι ένα διακριτό ψηφιακό σήμα που αποτελείται από 0 και 1 και μη λογικές πύλες.

Τα αναλογικά και τα ψηφιακά σήματα μπορούν να μετατραπούν μεταξύ τους. Για παράδειγμα, η εικόνα σε ένα κινητό τηλέφωνο είναι ένα αναλογικό σήμα, το οποίο μπορεί να μετατραπεί σε ψηφιακό σήμα μέσω ενός μετατροπέα ADC, να υποβληθεί σε επεξεργασία από ένα ψηφιακό τσιπ και τελικά να μετατραπεί σε αναλογικό σήμα μέσω ενός μετατροπέα DAC.

Τα κοινά αναλογικά τσιπ περιλαμβάνουν λειτουργικούς ενισχυτές, μετατροπείς ψηφιακού σε αναλογικό, βρόχους κλειδώματος φάσης, τσιπ διαχείρισης ενέργειας, συγκριτές και ούτω καθεξής.

Τα κοινά ψηφιακά τσιπ περιλαμβάνουν ψηφιακά IC γενικής χρήσης και αποκλειστικά ψηφιακά IC (ASIC). Τα γενικά ψηφιακά IC περιλαμβάνουν μνήμη DRAM, MCU μικροελεγκτή, MPU μικροεπεξεργαστή και ούτω καθεξής. Ένα αποκλειστικό IC είναι ένα κύκλωμα σχεδιασμένο για συγκεκριμένο σκοπό ενός συγκεκριμένου χρήστη.

3ã Ταξινόμηση ανά διαδικασία κατασκευής

Συχνά ακούμε τον όρο τσιπ "7nm" ή "14nm", στον οποίο τα νανόμετρα αναφέρονται στο μήκος πύλης του τρανζίστορ μέσα στο τσιπ, το οποίο είναι το ελάχιστο πλάτος γραμμής μέσα στο τσιπ. Εν ολίγοις, αναφέρεται στην απόσταση μεταξύ των γραμμών.

Η τρέχουσα παραγωγική διαδικασία παίρνει 28 nm ως λεκάνη απορροής, και εκείνα κάτω από 28 nm αναφέρονται ως προηγμένες διαδικασίες παραγωγής. Επί του παρόντος, η πιο προηγμένη διαδικασία παραγωγής στην ηπειρωτική Κίνα είναι τα 14nm της SMIC. Η TSMC και η Samsung είναι επί του παρόντος οι μόνες εταιρείες στον κόσμο που σχεδιάζουν να παράγουν μαζικά 5nm, 3nm και 2nm.

Σε γενικές γραμμές, όσο πιο προηγμένη είναι η διαδικασία κατασκευής, τόσο υψηλότερη είναι η απόδοση του τσιπ και τόσο υψηλότερο είναι το κόστος κατασκευής. Γενικά, η επένδυση Ε&Α για σχεδιασμό τσιπ 28 nm φτάνει τα 1-2 δισεκατομμύρια γιουάν, ενώ ένα τσιπ 14 nm απαιτεί 2-3 δισεκατομμύρια γιουάν.

4ã Ταξινόμηση ανά συνάρτηση χρήσης

Μπορούμε να αναλογίσουμε ανάλογα με τα ανθρώπινα όργανα:

Εγκέφαλος - Υπολογιστική λειτουργία, που χρησιμοποιείται για υπολογιστική ανάλυση, χωρισμένη σε κύριο τσιπ ελέγχου και βοηθητικό τσιπ. Το κύριο τσιπ ελέγχου περιλαμβάνει CPU, FPGA και MCU, ενώ το βοηθητικό τσιπ περιλαμβάνει μια GPU που είναι υπεύθυνη για τα γραφικά και την επεξεργασία εικόνας και ένα τσιπ AI που είναι υπεύθυνο για τον υπολογισμό της τεχνητής νοημοσύνης.

Εγκεφαλικός φλοιός - Λειτουργίες αποθήκευσης δεδομένων, όπως DRAM, NAND, FLASH (SDRAM, ROM) κ.λπ.

Πέντε αισθήσεις - λειτουργίες ανίχνευσης, που περιλαμβάνουν κυρίως αισθητήρες, όπως MEMS, τσιπ δακτυλικών αποτυπωμάτων (μικρόφωνο MEMS, CIS) κ.λπ.

Άκρα - Λειτουργίες μεταφοράς, όπως διασυνδέσεις Bluetooth, WIFI, NB-IOT, USB (διεπαφή HDMI, έλεγχος μονάδας δίσκου), για μετάδοση δεδομένων.

Καρδιά - Παροχή ενέργειας, όπως DC-AC, LDO κ.λπ.

5ã Ταξινόμηση ανά πεδίο εφαρμογής

Μπορεί να χωριστεί σε τέσσερις κατηγορίες, συγκεκριμένα, πολιτικού βαθμού, βιομηχανικής ποιότητας, κατηγορίας αυτοκινήτου και στρατιωτικού βαθμού.

6ã Ταξινόμηση με μέθοδο σχεδιασμού

Σήμερα, υπάρχουν δύο μεγάλα στρατόπεδα σχεδιασμού ημιαγωγών, το ένα είναι μαλακό και το άλλο σκληρό, δηλαδή το FPGA και το ASIC. Το FPGA αναπτύχθηκε πρώτα και εξακολουθεί να είναι το mainstream. Το FPGA είναι ένα προγραμματιζόμενο λογικό τσιπ γενικής χρήσης που μπορεί να προγραμματιστεί DIY για την υλοποίηση διαφόρων ψηφιακών κυκλωμάτων. Το ASIC είναι ένα αποκλειστικό ψηφιακό τσιπ. Μετά το σχεδιασμό ενός ψηφιακού κυκλώματος, το τσιπ που δημιουργείται δεν μπορεί να αλλάξει. Το FPGA μπορεί να ανακατασκευάσει και να ορίσει λειτουργίες τσιπ με μεγάλη ευελιξία, ενώ το ASIC έχει μεγαλύτερη εξειδίκευση.