วิธีจำแนกเซมิคอนดักเตอร์

มีการจัดประเภทเซมิคอนดักเตอร์หกประเภท ซึ่งจำแนกตามมาตรฐานผลิตภัณฑ์ ประเภทสัญญาณการประมวลผล กระบวนการผลิต ฟังก์ชันการใช้งาน ฟิลด์แอปพลิเคชัน และวิธีการออกแบบ

1ã การจำแนกประเภทตามมาตรฐานผลิตภัณฑ์

สารกึ่งตัวนำสามารถแบ่งออกได้เป็นสี่ประเภท ได้แก่ วงจรรวม อุปกรณ์แยก อุปกรณ์โฟโตอิเล็กทริก และเซ็นเซอร์ ในหมู่พวกเขา วงจรรวมมีความสำคัญที่สุด

วงจรรวม ได้แก่ ไอซี ชิป และชิป วงจรรวมสามารถแบ่งออกได้อีกสี่ส่วนย่อย ได้แก่ วงจรแอนะล็อก วงจรลอจิก ไมโครโปรเซสเซอร์ และหน่วยความจำ ในสื่อมวลชน เซ็นเซอร์ อุปกรณ์แยกส่วน ฯลฯ เรียกอีกอย่างว่าไอซีหรือชิป

ในปี 2019 วงจรรวมคิดเป็น 84% ของยอดขายผลิตภัณฑ์เซมิคอนดักเตอร์ทั่วโลก ซึ่งสูงกว่า 3% ของอุปกรณ์แยก, 8% ของอุปกรณ์โฟโตอิเล็กทริก และ 3% ของอุปกรณ์เซ็นเซอร์

2ã การจำแนกประเภทตามสัญญาณการประมวลผล

ชิปที่ประมวลผลสัญญาณอะนาล็อกมากกว่าคือชิปอะนาล็อก และชิปที่ประมวลผลสัญญาณดิจิทัลมากกว่าคือชิปดิจิทัล

สัญญาณอะนาล็อกเป็นเพียงสัญญาณที่ปล่อยออกมาอย่างต่อเนื่อง เช่น เสียง ประเภทที่พบมากที่สุดในธรรมชาติคือสัญญาณอะนาล็อก ที่เกี่ยวข้องคือสัญญาณดิจิทัลแบบแยกซึ่งประกอบด้วย 0 และ 1 และไม่ใช่ลอจิกเกต

สามารถแปลงสัญญาณอนาล็อกและสัญญาณดิจิตอลให้กันและกันได้ ตัวอย่างเช่น รูปภาพบนโทรศัพท์มือถือเป็นสัญญาณแอนะล็อก ซึ่งสามารถแปลงเป็นสัญญาณดิจิทัลผ่านตัวแปลง ADC ประมวลผลโดยชิปดิจิทัล และสุดท้ายแปลงเป็นสัญญาณอะนาล็อกผ่านตัวแปลง DAC

ชิปแอนะล็อกทั่วไปประกอบด้วยแอมพลิฟายเออร์สำหรับการทำงาน ตัวแปลงดิจิทัลเป็นอะนาล็อก เฟสล็อกลูป ชิปจัดการพลังงาน ตัวเปรียบเทียบ และอื่นๆ

ชิปดิจิทัลทั่วไป ได้แก่ ไอซีดิจิทัลสำหรับใช้งานทั่วไปและไอซีดิจิทัลเฉพาะ (ASIC) ไอซีดิจิทัลทั่วไปประกอบด้วยหน่วยความจำ DRAM, MCU ไมโครคอนโทรลเลอร์, MPU ไมโครโปรเซสเซอร์ และอื่นๆ IC เฉพาะคือวงจรที่ออกแบบมาเพื่อวัตถุประสงค์เฉพาะของผู้ใช้โดยเฉพาะ

3ã การจำแนกประเภทตามกระบวนการผลิต

เรามักจะได้ยินคำว่าชิป "7 นาโนเมตร" หรือ "14 นาโนเมตร" ซึ่งนาโนเมตรหมายถึงความยาวเกทของทรานซิสเตอร์ภายในชิป ซึ่งเป็นความกว้างของเส้นขั้นต่ำภายในชิป ในระยะสั้นหมายถึงระยะห่างระหว่างบรรทัด

กระบวนการผลิตปัจจุบันใช้ 28 นาโนเมตรเป็นสันปันน้ำ และส่วนที่ต่ำกว่า 28 นาโนเมตรเรียกว่ากระบวนการผลิตขั้นสูง ปัจจุบัน กระบวนการผลิตที่ทันสมัยที่สุดในจีนแผ่นดินใหญ่คือ 14 นาโนเมตรของ SMIC ปัจจุบัน TSMC และ Samsung เป็นบริษัทเดียวในโลกที่วางแผนผลิต 5 นาโนเมตร, 3 นาโนเมตร และ 2 นาโนเมตรจำนวนมาก

โดยทั่วไปแล้ว ยิ่งกระบวนการผลิตมีความก้าวหน้ามากขึ้นเท่าใด ประสิทธิภาพของชิปก็จะยิ่งสูงขึ้นเท่านั้น และต้นทุนการผลิตก็จะยิ่งสูงขึ้นเท่านั้น โดยทั่วไปแล้ว การลงทุนด้านการวิจัยและพัฒนาสำหรับการออกแบบชิป 28 นาโนเมตรจะสูงถึง 1-2 พันล้านหยวน ในขณะที่ชิป 14 นาโนเมตรต้องใช้เงิน 2-3 พันล้านหยวน

4ã การจำแนกประเภทตามฟังก์ชันการใช้งาน

เราสามารถเปรียบเทียบตามอวัยวะของมนุษย์:

สมอง - ฟังก์ชันการคำนวณใช้สำหรับการวิเคราะห์การคำนวณ แบ่งเป็นชิปควบคุมหลักและชิปเสริม ชิปควบคุมหลักประกอบด้วย CPU, FPGA และ MCU ในขณะที่ชิปเสริมประกอบด้วย GPU ที่รับผิดชอบการประมวลผลกราฟิกและภาพ และชิป AI ที่รับผิดชอบการประมวลผลปัญญาประดิษฐ์

เปลือกสมอง - ฟังก์ชั่นการจัดเก็บข้อมูลเช่น DRAM, NAND, FLASH (SDRAM, ROM) เป็นต้น

ประสาทสัมผัสทั้งห้า - ฟังก์ชั่นการตรวจจับ ส่วนใหญ่ประกอบด้วยเซ็นเซอร์ เช่น MEMS, ชิปลายนิ้วมือ (MEMS ของไมโครโฟน, CIS) เป็นต้น

แขนขา - ฟังก์ชั่นการถ่ายโอน เช่น อินเทอร์เฟซ Bluetooth, WIFI, NB-IOT, USB (อินเทอร์เฟซ HDMI, การควบคุมไดรฟ์) สำหรับการส่งข้อมูล

หัวใจ - การจ่ายพลังงาน เช่น DC-AC, LDO เป็นต้น

5ã การจำแนกประเภทตามฟิลด์แอปพลิเคชัน

สามารถแบ่งออกเป็นสี่ประเภท ได้แก่ เกรดพลเรือน เกรดอุตสาหกรรม เกรดยานยนต์ และเกรดทหาร

6ã การจำแนกประเภทตามวิธีการออกแบบ

ทุกวันนี้ มีสองค่ายใหญ่สำหรับการออกแบบเซมิคอนดักเตอร์ ค่ายหนึ่งเป็นแบบอ่อนและอีกค่ายหนึ่งเป็นแบบแข็ง ได้แก่ FPGA และ ASIC FPGA ได้รับการพัฒนาก่อนและยังคงเป็นกระแสหลัก FPGA เป็นชิปลอจิกที่ตั้งโปรแกรมได้สำหรับวัตถุประสงค์ทั่วไป ซึ่งสามารถตั้งโปรแกรม DIY เพื่อใช้วงจรดิจิทัลต่างๆ ได้ ASIC เป็นชิปดิจิทัลโดยเฉพาะ หลังจากออกแบบวงจรดิจิทัลแล้ว ชิปที่สร้างขึ้นจะไม่สามารถเปลี่ยนแปลงได้ FPGA สามารถสร้างใหม่และกำหนดฟังก์ชันของชิปด้วยความยืดหยุ่นสูง ในขณะที่ ASIC มีความเฉพาะเจาะจงมากกว่า