Kaip klasifikuoti puslaidininkius

Yra šešios puslaidininkių klasifikacijos, kurios skirstomos pagal gaminio standartą, apdorojimo signalo tipą, gamybos procesą, naudojimo funkciją, taikymo sritį ir projektavimo metodą.

1ã Klasifikacija pagal gaminio standartą

Puslaidininkius galima suskirstyti į keturias kategorijas: integrinius grandynus, atskirus įrenginius, fotoelektrinius įrenginius ir jutiklius. Tarp jų svarbiausi yra integriniai grandynai.

Integrinės grandinės, būtent IC, lustai ir lustai. Integrines grandynas galima suskirstyti į keturias dalis: analogines grandines, logines grandines, mikroprocesorius ir atmintį. Žiniasklaidoje jutikliai, atskiri įrenginiai ir kt. taip pat vadinami IC arba lustais.

2019 m. integriniai grandynai sudarė 84% pasaulinių puslaidininkių produktų pardavimų, daug daugiau nei 3% atskirų įrenginių, 8% fotoelektrinių prietaisų ir 3% jutiklių.

2ã Klasifikavimas pagal apdorojimo signalą

Lustas, kuris apdoroja daugiau analoginių signalų, yra analoginis lustas, o lustas, kuris apdoroja daugiau skaitmeninių signalų, yra skaitmeninis lustas.

Analoginiai signalai yra tiesiog nuolat skleidžiami signalai, pavyzdžiui, garsas. Labiausiai paplitęs tipas gamtoje yra analoginiai signalai. Atitinkamas yra atskiras skaitmeninis signalas, sudarytas iš 0 ir 1 ir neloginių vartų.

Analoginius ir skaitmeninius signalus galima konvertuoti vienas į kitą. Pavyzdžiui, vaizdas mobiliajame telefone yra analoginis signalas, kuris gali būti konvertuojamas į skaitmeninį signalą per ADC keitiklį, apdorojamas skaitmeniniu lustu ir galiausiai konvertuojamas į analoginį signalą per DAC keitiklį.

Įprasti analoginiai lustai apima operacinius stiprintuvus, skaitmeninius į analoginius keitiklius, fazės užraktus, galios valdymo lustus, lyginamuosius įrenginius ir pan.

Įprasti skaitmeniniai lustai apima bendrosios paskirties skaitmeninius IC ir specialiuosius skaitmeninius IC (ASIC). Bendrieji skaitmeniniai IC apima atminties DRAM, mikrovaldiklio MCU, mikroprocesoriaus MPU ir pan. Skirta IC yra grandinė, sukurta konkrečiam vartotojo konkrečiam tikslui.

3ã Klasifikacija pagal gamybos procesą

Dažnai girdime terminą „7 nm“ arba „14 nm“ lustas, kuriame nanometrai nurodo tranzistoriaus vartų ilgį lusto viduje, kuris yra minimalus linijos plotis lusto viduje. Trumpai tariant, tai reiškia atstumą tarp eilučių.

Dabartinis gamybos procesas trunka 28 nm kaip baseinas, o mažesni nei 28 nm yra vadinami pažangiais gamybos procesais. Šiuo metu pažangiausias gamybos procesas žemyninėje Kinijoje yra SMIC 14 nm. TSMC ir Samsung šiuo metu yra vienintelės kompanijos pasaulyje, kurios planuoja masiškai gaminti 5 nm, 3 nm ir 2 nm.

Paprastai tariant, kuo pažangesnis gamybos procesas, tuo didesnis lusto našumas ir didesnės gamybos sąnaudos. Paprastai investicijos į mokslinius tyrimus ir plėtrą į 28 nm lusto dizainą siekia 1–2 milijardus juanių, o 14 nm lustui reikia 2–3 milijardų juanių.

4ã Klasifikavimas pagal naudojimo funkciją

Galime analogizuoti pagal žmogaus organus:

Smegenys – skaičiavimo funkcija, naudojama skaičiavimo analizei, suskirstyta į pagrindinį valdymo lustą ir pagalbinį lustą. Pagrindinę valdymo lustą sudaro CPU, FPGA ir MCU, o pagalbinį lustą sudaro GPU, atsakingas už grafiką ir vaizdo apdorojimą, ir AI lustas, atsakingas už dirbtinio intelekto skaičiavimą.

Smegenų žievė – duomenų saugojimo funkcijos, tokios kaip DRAM, NAND, FLASH (SDRAM, ROM) ir kt.

Penki jutimai - jutimo funkcijos, daugiausia įskaitant jutiklius, tokius kaip MEMS, pirštų atspaudų lustus (mikrofono MEMS, CIS) ir kt.

Galūnės – duomenų perdavimo funkcijos, pvz., Bluetooth, WIFI, NB-IOT, USB (HDMI sąsaja, disko valdymo) sąsajos.

Širdis – energijos tiekimas, pvz., DC-AC, LDO ir kt.

5ã Klasifikacija pagal taikymo sritį

Jį galima suskirstyti į keturias kategorijas, būtent civilinę, pramoninę, automobilių klasę ir karinę.

6ã Klasifikacija pagal projektavimo metodą

Šiandien yra dvi pagrindinės puslaidininkių projektavimo stovyklos, viena yra minkšta, o kita - kieta, būtent FPGA ir ASIC. FPGA buvo sukurta pirmiausia ir vis dar yra pagrindinė. FPGA yra bendrosios paskirties programuojamas loginis lustas, kurį galima užprogramuoti „pasidaryk pats“ įvairioms skaitmeninėms grandinėms įdiegti. ASIC yra specialus skaitmeninis lustas. Suprojektavus skaitmeninę grandinę, sugeneruotas lustas negali būti pakeistas. FPGA gali labai lanksčiai rekonstruoti ir apibrėžti lusto funkcijas, o ASIC pasižymi didesniu specifiškumu.