Hoe halfgeleiders te classificeren

Er zijn zes classificaties voor halfgeleiders, die worden geclassificeerd op basis van productstandaard, verwerkingssignaaltype, fabricageproces, gebruiksfunctie, toepassingsgebied en ontwerpmethode.

1ã Classificatie per productnorm

Halfgeleiders kunnen worden onderverdeeld in vier categorieën: geïntegreerde schakelingen, discrete apparaten, foto-elektrische apparaten en sensoren. Onder hen zijn geïntegreerde schakelingen de belangrijkste.

Geïntegreerde schakelingen, te weten IC's, chips en chips. Geïntegreerde schakelingen kunnen verder worden onderverdeeld in vier deelgebieden: analoge schakelingen, logische schakelingen, microprocessors en geheugen. In de massamedia worden sensoren, discrete apparaten enz. ook wel IC's of chips genoemd.

In 2019 waren geïntegreerde schakelingen goed voor 84% van de wereldwijde verkoop van halfgeleiderproducten, veel meer dan 3% van de discrete apparaten, 8% van de foto-elektrische apparaten en 3% van de sensoren.

2ã Classificatie door signaalverwerking

Een chip die meer analoge signalen verwerkt is een analoge chip en een chip die meer digitale signalen verwerkt is een digitale chip.

Analoge signalen zijn simpelweg signalen die continu worden uitgezonden, zoals geluid. Het meest voorkomende type in de natuur zijn analoge signalen. Het corresponderende is een discreet digitaal signaal dat is samengesteld uit 0 en 1 en niet-logische poorten.

Analoge signalen en digitale signalen kunnen naar elkaar worden omgezet. Het beeld op een mobiele telefoon is bijvoorbeeld een analoog signaal, dat kan worden omgezet in een digitaal signaal via een ADC-converter, verwerkt door een digitale chip en ten slotte kan worden omgezet in een analoog signaal via een DAC-converter.

Gangbare analoge chips zijn onder meer operationele versterkers, digitaal naar analoog converters, fasevergrendelde lussen, energiebeheerchips, comparators, enzovoort.

Gemeenschappelijke digitale chips omvatten digitale IC's voor algemeen gebruik en speciale digitale IC's (ASIC's). Algemene digitale IC's omvatten geheugen-DRAM, microcontroller MCU, microprocessor MPU, enzovoort. Een speciale IC is een circuit dat is ontworpen voor het specifieke doel van een specifieke gebruiker.

3ã Classificatie volgens fabricageproces

We horen vaak de term "7nm" of "14nm" chip, waarbij nanometer verwijst naar de poortlengte van de transistor in de chip, wat de minimale lijnbreedte in de chip is. Kort gezegd verwijst het naar de afstand tussen lijnen.

Het huidige productieproces neemt 28 nm als keerpunt, en die onder 28 nm worden geavanceerde productieprocessen genoemd. Momenteel is SMIC's 14nm het meest geavanceerde productieproces op het vasteland van China. TSMC en Samsung zijn momenteel de enige bedrijven ter wereld die van plan zijn om 5nm, 3nm en 2nm massaal te produceren.

Over het algemeen geldt: hoe geavanceerder het fabricageproces, hoe hoger de prestaties van de chip en hoe hoger de fabricagekosten. Over het algemeen is de R&D-investering voor een 28nm-chipontwerp zo hoog als 1-2 miljard yuan, terwijl een 14nm-chip 2-3 miljard yuan vereist.

4ã Classificatie naar gebruiksfunctie

We kunnen analogiseren volgens menselijke organen:

Hersenen - Computationele functie, gebruikt voor computationele analyse, verdeeld in hoofdbesturingschip en hulpchip. De hoofdbesturingschip bevat een CPU, FPGA en MCU, terwijl de hulpchip een GPU bevat die verantwoordelijk is voor grafische weergave en beeldverwerking en een AI-chip die verantwoordelijk is voor kunstmatige intelligentie.

Cerebrale cortex - Functies voor gegevensopslag, zoals DRAM, NAND, FLASH (SDRAM, ROM), enz.

Vijf zintuigen - detectiefuncties, voornamelijk inclusief sensoren, zoals MEMS, vingerafdrukchips (microfoon MEMS, CIS), enz.

Ledematen - Overdrachtsfuncties, zoals Bluetooth, WIFI, NB-IOT, USB (HDMI-interface, drive control) interfaces, voor gegevensoverdracht.

Hart - Energievoorziening, zoals DC-AC, LDO, etc.

5ã Classificatie per toepassingsgebied

Het kan worden onderverdeeld in vier categorieën, namelijk civiele kwaliteit, industriële kwaliteit, automobielkwaliteit en militaire kwaliteit.

6ã Classificatie volgens ontwerpmethode

Tegenwoordig zijn er twee grote kampen voor halfgeleiderontwerp, de ene is zacht en de andere is hard, namelijk FPGA en ASIC. FPGA is als eerste ontwikkeld en is nog steeds de mainstream. FPGA is een programmeerbare logische chip voor algemeen gebruik die zelf kan worden geprogrammeerd om verschillende digitale circuits te implementeren. ASIC is een speciale digitale chip. Na het ontwerpen van een digitaal circuit kan de gegenereerde chip niet meer worden gewijzigd. FPGA kan chipfuncties met grote flexibiliteit reconstrueren en definiëren, terwijl ASIC een sterkere specificiteit heeft.