芯片(chip)就是半导体元件产品的统称。是集成电路(IC,integratedcircuit)的载体,由晶圆分割而成。
IC就是集成电路,泛指所有的电子元器件,是在硅板上集合多种电子元器件实现某种特定功能的电路模块。它是电子设备中最重要的部分,承担着运算和存储的功能。集成电路的应用范围覆盖了军工、民用的几乎所有的电子设备。
现在行业内都会把集成电路叫做ic芯片。
CPU是中央处理器,包含运算器和控制器,是数字电路。如果将运算器和控制器集成在一片集成电路上,就称之为微处理器。目前人们将中央处理器与微处理器已经混为一谈了。因此,CPU只是众多芯片中的一类。
1.芯片设计
芯片设计是芯片的研发过程,具体来说,是通过系统设计和电路设计,将设定的芯片规格形成设计版图的过程。设计版图是一款芯片产品的最初形态,决定了芯片的性能、功能和成本,因此在芯片的生产过程中处于至关重要的地位,是集成电路设计企业技术水平的体现。设计版图完成后进行光罩制作,形成模版,光罩成功则表明芯片设计成功,可以进入晶圆生产环节。
2.晶圆生产
晶圆生产过程是利用晶圆裸片,将光罩上的电路图形信息大批量复制到晶圆裸片上,在晶圆裸片上形成电路的过程,即晶圆的量产。晶圆生产后通常要进行晶圆测试,检测晶圆的电路功能和性能,将不合格的晶粒标识出来。
3.芯片封装
芯片封装是将生产出来的合格晶圆进行切割、焊线、塑封,使芯片电路与外部器件实现电气连接,并为芯片提供机械物理保护的工艺过程。
4.芯片测试
芯片测试是指利用集成电路设计企业提供的测试工具,对封装完毕的芯片进行功能和性能测试。测试合格后,即形成可供整机产品使用的芯片产品。
上述过程是芯片生产的一般流程,不同的集成电路设计企业,或者针对不同的芯片产品,在生产流程上可能存在一定差异。例如,在晶圆生产的良率有充分保障的情况下,集成电路设计企业出于成本的考虑,可以选择在晶圆生产环节后不进行晶圆测试;有的芯片需要在封装后写入软件程序,因此在程序烧录后再对整颗芯片进行测试。
芯片厂商的三个类别
总体来讲,现今芯片厂商分为三种类别:
自身不生产移动设备,单纯出售芯片。典型有高通(HTC大部分芯片都是高通,WindowsPhone7/webOS目前也仅仅支持高通芯片)、德州仪器(黑莓Playbook等)。
自身生产移动设备,也出售芯片。典型有索尼爱立信(自家的Nova系列芯片)、三星(魅族M8/M9芯片和iPhone3GS芯片都是由三星提供的)。
自身生产移动设备,但不出售芯片。目前只有苹果这样做。
主流架构
指令的强弱是衡量CPU性能的重要指标,从现阶段的主流体系结构看,指令集可分为复杂指令集(CISC)和精简指令集(RISC)两部分,代表架构分别是X86、ARM和MIPS,其中CISC体系主要用于服务器、PC、网络设备等高性能处理器CPU,RISC体系多用于非X86阵营的高性能微处理器CPU。
ARM架构成为新兴霸主
随着全球芯片消费市场向移动化迁移的趋势愈加明显,ARM的领先优势不断增强并逐步成为新兴霸主。近几年来,ARM授权合作企业规模和芯片出货量持续高速增长,截至2014年第一季度,ARM授权企业规模达到1100家,单季度出货达到30亿颗,同比增长20%以上,在移动市场占比高达95%。当前智能手机、平板电脑芯片的大多数供应商,如高通、MTK、苹果、博通、三星、全志、瑞芯微等,均基于ARM技术构架开发相关产品。
ARM借由低功耗优势快速切入新兴可穿戴市场,以多设备协同加速生态圈构建。ARM架构处理器因其低功耗优势不仅广泛根植于传统嵌入式应用领域,更是当下国际主流知名可穿戴产品的首选。在传统设备领域,ARMCortex-M系列产品在全球有40多个合作伙伴,应用场景包括智能测量、人机接口设备、汽车和工业控制系统、大型家用电器、消费性产品和医疗器械等。
在移动可穿戴领域,ARM依旧占据主导,目前主要应用场景包括智能眼镜、智能手表和智能腕带三类产品,且知名产品居多,如谷歌眼镜、Pebble智能手表、Fitbit等。
X86架构面向新兴市场转型
英特尔是PC和企业级处理器市场的王者,当前正努力向移动智能终端市场延伸渗透。Intel在过去几十年里,一直主导高利润率的个人PC及企业市场处理器的生产制造,也正是丰厚的毛利率使得Intel持续付出高昂的代价研发下一代处理器技术和生产线制程,从而保持领先竞争对手至少一个代际的技术优势。
进入移动互联网时代,一片处理器仅售几美元,利润率微薄,英特尔“高研发、高毛利相互驱动”的商业模式无法维持,布局移动芯片缺乏核心利益驱动,导致低功耗、低单价的Atom处理器在技术工艺上始终比最先进的Core处理器落后一两代。
此外,移动SoC(系统级芯片)市场公司之间的合作模式也不适合Intel,为了节省制造成本和降低功耗,移动SoC经常需要将多厂商IP块集成到一片上,这对英特尔架构授权模式提出严峻的挑战。而ARM设计和生产是分离的,设计的IP块可以单独授权给各厂商自行定制整合,制造采用比较成熟的生产线,成本低、可选厂家多。
种种原因使得英特尔X86在移动芯片市场彻底失利,以至于近两年不得不通过加大资金补贴和技术支持力度来维系客户、拓展市场。
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