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2024-03-08 03:28:22

芯片知识科普 | 数字芯片和模拟芯片的区别有哪些？ - 知乎

芯片知识科普 | 数字芯片和模拟芯片的区别有哪些？ - 知乎切换模式写文章登录/注册芯片知识科普 | 数字芯片和模拟芯片的区别有哪些？IC先生IC先生-领先数智化电子元器件采购平台，为现货发烧而生！在芯片领域，数字芯片和模拟芯片经常被放在一起作比较，它们的区别还是很明显的，今天就来给大家介绍一下这两种芯片，并且详细说说数字芯片和模拟芯片的区别到底有哪些。数字芯片的介绍数字集成电路，也就是我们常说的数字芯片，是一种将元器件和连线集成于同一半导体芯片上，而制成的数字逻辑电路或系统。数字集成电路是基于数字逻辑(布尔代数)设计和运行的，用于处理数字信号。根据数字集成电路中包含的门电路或元器件数量，可将数字芯片分为小规模集成(SSI)电路、中规模集成MSI电路、大规模集成(LSI)电路、超大规模集成VLSI电路和特大规模集成(ULSI)电路。根据逻辑电路的不同特点，数字电路可以分为：时序逻辑和组合逻辑。若按电路结构来分，可分成TTL和MOS 两大系列。数字集成电路品种繁多，包括各种门电路、触发器、计数器、编译码器、存储器等数百种器件。模拟芯片的介绍模拟集成电路主要是指由电容、电阻、晶体管等组成的模拟电路集成在一起用来处理模拟信号的集成电路。有许多的模拟集成电路，如运算放大器、模拟乘法器、锁相环、电源管理芯片等。模拟集成电路的主要构成电路有：放大器、滤波器、反馈电路、基准源电路、开关电容电路等。模拟芯片主要包括电源管理芯片和信号链芯片。其中，电源管理芯片是在电子设备系统中担负起对电能的变换、分配、检测及其他电能管理的职责的芯片，信号链芯片则是一个系统中信号从输入到输出的路径中使用的芯片，包括信号的采集、放大、传输、处理等功能。数字芯片和模拟芯片的区别数字芯片基本都是由N多个相同的单元电路由一个控制电路或多个控制电路等单元构成。基本上一样的单元的重复。而模拟芯片电路是各个不同的单元构成。(二者相比而言)重复的单元电路很少。数字芯片和模拟芯片，二者在基础单元上也有些区别的，基本上数字芯片是CMOS结构，模拟芯片是N个(一个或多个)PN结构组成。两种结构的静态电流相差很远，CMOS结构静态电流比PN结构的要少很多。但PN结构比CMOS结构的动态范围要大很多的。内部电路的构成决定了功能。数字芯片只能处理数字信号。同样模拟芯片也只能处理模拟信号。二者是不能互换使用的。当然，现在的很多模拟芯片中，是有数字电路的，一般是在输入输出的电路上是模拟信号的数字化处理。换成数字信号后，由内部的数字电路处理。最后再换成模拟信号输出。来源：本文内容与图片来源于网络，版权归原作者所有，若有侵权，请联系我们进行处理，谢谢。发布于 2022-02-18 11:35芯片（集成电路）计算机前沿芯片设计赞同 151 条评论分享喜欢收藏申请

什么是数字芯片?数字芯片的特点、定义及设计流程详解-文库-芯三七

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什么是数字芯片?数字芯片的特点、定义及设计流程详解

数字芯片就是数字集成电路，是一种将电子元器件和连线集成于一个半导体芯片上而制成的数字逻辑电路或系统，是基于数字逻辑(布尔代数)而设计运行的，常常被用于处理数字信号等问题。　数字芯片定义及分类状况1、定义集成电路按照不同特性可分为模拟电路和数字电路，其中模拟芯片追求卓越的性能，数字芯片追求更小的面积、更低的功耗和更快的速度（比如PC越来越薄、待机时间更长、主频更高不卡顿）。数字电路相较集成电路生命周期较短，产品迭代更新更快，占比总集成电路市场份额超8成。2、分类状况集成电路可划分为模拟电路和数字电路（数字芯片），数字电路可细分为逻辑芯片、微处理器和存储芯片，逻辑芯片包括CPU、GPU等，微处理器包括MCU和MPU等，存储芯片包括DRAM和NOR等，其中逻辑芯片的CPU和GPU等为主要组成部分，占比较高。数字芯片的特点1、数字芯片是由多个相同的单元电路组成，模拟芯片是由各个不同的单元组成;2、数字芯片通常采用CMOS结构，而模拟芯片是由一个或多个PN结结构组成的;3、数字芯片用来产生、放大和处理各种数字信号，模拟芯片用来产生、放大和处理各种模拟信号;4、数字芯片利用的是晶体的开关作用，模拟芯片利用的是晶体管的放大作用;数字芯片的工作原理芯片是一种集成电路，由大量的晶体管构成，可以将电路制造在半导体芯片表面上从而进行运算与处理，我国在第一代和第二代半导体材料发展供应上受制于人，而第三代半导体是后摩尔时代提升集成电路性能的重要途径。芯片的工作原理是将电路制造在半导体芯片表面上从而进行运算与处理的。晶体管有开和关两种状态，分别用1和0表示，多个晶体管可以产生多个1和0信号，这种信号被设定为特定的功能来处理这些字母和图形等。芯片在加电后就会产生一个启动指令，随后芯片就会被启动，然后就会不断的被接受新的数据和指令来不断完成。　　集成电路对于离散晶体管有两个主要优势：成本和性能。成本低是由于芯片把所有的组件通过照相平版技术，作为一个单位印刷，而不是在一个时间只制作一个晶体管。性能高是由于组件快速开关，消耗更低能量，因为组件很小且彼此靠近。2006年，芯片面积从几平方毫米到350 mm2，每mm2可以达到一百万个晶体管。　　数字集成电路可以包含任何东西，在几平方毫米上有从几千到百万的逻辑门、触发器、多任务器和其他电路。这些电路的小尺寸使得与板级集成相比，有更高速度，更低功耗并降低了制造成本。这些数字IC，以微处理器、数字信号处理器和微控制器为代表，工作中使用二进制，处理1和0信号。数字芯片和模拟芯片的区别1、数字芯片是由多个相同的单元电路组成，模拟芯片是由各个不同的单元组成;2、数字芯片通常采用CMOS结构，而模拟芯片是由一个或多个PN结结构组成的;3、数字芯片用来产生、放大和处理各种数字信号，模拟芯片用来产生、放大和处理各种模拟信号;4、数字芯片利用的是晶体的开关作用，模拟芯片利用的是晶体管的放大作用;数字芯片设计流程详解市场上的芯片大致上可归类为数字芯片和模拟芯片，前者主要应用在电子、计算机领域等，后者应用在工业、日常用品等，随着5G、大数据等多项新兴技术的到来，数字芯片迎来了黄金高速期，所以电子工程师很有必要了解数字芯片设计流程，当然也包括将入电子行业的小白。1、需求分析（制定规格书）分析用户或市场的需求，并将其翻译成对芯片产品的技术需求。2、算法设计设计和优化芯片钟所使用的算法。这--阶段--般使用高级编程语言(如C/C++)，利用算法级建模和仿真工具(如MATLAB，SPW) 进行浮点和定点的仿真，进而对算法进行评估和优化。3、构架设计根据设计的功能需求和算法分析的结果，设计芯片的构架，并对不同的方案进行比较，选择性能价格最优的方案。这一阶段可以使用SystemC语言对芯片构架进行模拟和分析。4、RTL设计(代码输入)使用HDL语言完成对设计实体的RTL级描述。这一阶段使用VHDL和Verilog HDL语言的输入工具编写代码。5、RTL验证(功能仿真)使用仿真工具或其他RTL代码分析工具，验证RTL代码的质量和性能。6、综合从RTL代码生成描述实际电路的门级网表文件。7、门级验证(综合后仿真)对综合产生的门级网表进行验证。这一-阶段通常会使用仿真、静态时序分析和形式验证等工具。8、布局布线后端设计对综合产生的门级网表进行布局规划(Floorplanning)、布局(Placement)、布线(Routing) ，生成生产用的版图。9、电路参数提取确定芯片中互连线的寄生参数，从而获得门级的延时信息。10、版图后验证根据后端设计后取得的新的延时信息，再次验证设计是否能够实现所有的功能和性能指标。11、芯片生产生产在特定的芯片工艺线上制造出芯片。12、芯片测试对制造号的芯片进行测试，检测生产中产生的缺陷和问题。数字芯片行业发展情况集成电路按照不同特性可分为模拟电路和数字电路。其中模拟芯片追求卓越的性能，数字芯片追求更小的面积、更低的功耗和更快的速度。比如PC越来越薄、待机时间更长、主频更高不卡顿。数字电路相较于集成电路生命周期较短、产品迭代更新更快。那么国内数字芯片行业发展情况如何？中国数字芯片产业发展现状怎样？不妨一起来看看吧！从下游应用来看，数字芯片主要应用于信息通讯、电力自动化、工程自动化、工业测量、仪表仪器和航天航空等产品及领域。根据数据显示，2020年数字芯片在工业领域上使用最多，占比达28.5%，其次是汽车电子行业占比16.8%。在信息通讯行业，数字芯片主要应用于通信基站及其配套设施的电源模块中。与汽油车相比，新能源汽车的电气化程度更高，出于安规和设备保护的需求，数字芯片更多应用于新能源汽车高瓦数功率的电子设备中，包括车载充电器、电池管理系统、电机控制、驱动逆变器等汽电子系统，成为新型电子传动系统和电池系统的关键组件，新能源汽车新增了多种数字芯片产品的需求。 EDA是数字芯片设计与生产的核心，是衔接数字电路设计、制造和封测的关键纽带，对行业生产效率、产品技术水平有重要的影响。数字芯片应用相对于集中，主要包括PC和数据中心等，其中PC客户端需求占比超50%，整体PC出货量对数字芯片需求影响最大。随着电子信息技术快速扩张，作为半导体核心技术产业的集成电路表现为稳步增长趋势，同时随着芯片工艺进程持续发展，目前三星已达到3纳米量产水平，全球数字芯片稳步增长。根据数据显示，2019年受下游手机和汽车消费下降影响，数字芯片市场规模下滑，随后中国新能源汽车快速增长，带动数字芯片需求回升。2021年整体数字芯片市场规模增长27%，达3889亿美元。

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干货！一文看懂数字芯片行业发展现状：微处理器需求持续增长, MCU广泛应用 - 知乎

干货！一文看懂数字芯片行业发展现状：微处理器需求持续增长, MCU广泛应用 - 知乎切换模式写文章登录/注册干货！一文看懂数字芯片行业发展现状：微处理器需求持续增长, MCU广泛应用华经产业研究院-华经情报网已认证账号原文标题：2021年全球数字芯片（数字电路）现状分析，微处理器需求持续增长, MCU广泛应用「图」一、数字芯片产业概述及定义1、定义集成电路按照不同特性可分为模拟电路和数字电路，其中模拟芯片追求卓越的性能，数字芯片追求更小的面积、更低的功耗和更快的速度（比如PC越来越薄、待机时间更长、主频更高不卡顿）。数字电路相较集成电路生命周期较短，产品迭代更新更快，占比总集成电路市场份额超8成。集成电路分类及对比资料来源：公开资料整理2、分类状况集成电路可划分为模拟电路和数字电路（数字芯片），数字电路可细分为逻辑芯片、微处理器和存储芯片，逻辑芯片包括CPU、GPU等，微处理器包括MCU和MPU等，存储芯片包括DRAM和NOR等，其中逻辑芯片的CPU和GPU等为主要组成部分，占比较高。数字电路分类状况资料来源：公开资料整理3、技术流程在设计师拿到具体需求之后，首先根据具体需求定义相关的功能模块与规格，从架构层面上设计能满足特定需求的功能，之后实现相应的设计；其次进行逻辑综合，这一阶段主要是将更高层级的描述转化为门级网表，之后再进行DFT测试并进行物理层面的设计，在工艺、功耗等环节签核完毕之后，EDA的设计工作基本已经完成，可以进入具体的封装与测试阶段。数字电路设计流程资料来源：芯华章，华经产业研究院整理二、政策背景全球集成电路稳步发展背景下，中国集成电路行业贸易逆差大，国产化箭在弦上。从2010年到2020年，我国在集成电路相关行业的贸易长期处于不利地位。针对我国集成电路产业的弱势，国家出台了一系列相关政策扶持我国集成电路产业，促进集成电路产业的国产化近年来中国集成电路政策资料来源：公开资料整理三、数字芯片产业链影响分析1、产业链集成电路产业链上中下游紧密联动，上游主要包括半导体IP，EDA，半导体材料和半导体设备，其中EDA是数字芯片设计核心软件，是产业链快速发展的撬动者；中游主要是集成电路的设计、制造和封装测试等；下游应用行业广泛，包括数据处理，汽车电子、消费电子、物联网和计算机等。集成电路产业链简图资料来源：公开资料整理2、上游端：EDA集中度高EDA是数字芯片设计与生产的核心，是衔接数字电路设计、制造和封测的关键纽带，对行业生产效率、产品技术水平有重要影响。行业内部公司分为三梯队，第一梯队的Synopsys、Cadence和SiemensEDA拥有较完整的全流程产品，垄断了全球超过70%的市场份额，收入规模及产品完整度远超后两梯队的企业。2020年全球EDA市场格局结构占比情况资料来源：公开资料整理3、下游端数字芯片应用相对集中，主要包括PC和数据中心等，其中PC客户端需求占比超5成，整体PC出货量对数字芯片需求影响最大。根据数据，2012年随着个人电脑需求渐趋饱和，一度在2018年降至2.58亿台，随着东南亚、印度等发展中国家个人电脑需求持续回升，2020-2021年疫情背景叠加全球线上办公需求上涨，个人电脑需求快速上涨，2021年达3.49亿台，同比2020年增长14.8%亿台。数字芯片下游结构占比情况资料来源：公开资料整理2012-2021年全球PC出货量及增长率资料来源：IDC，华经产业研究院整理汽车持续向着电动化、智能化趋势发展，自动驾驶层级持续推进，新能源汽车渗透率快速提高，截止2022年上半年，国内新能源汽车渗透率已达21.6%，带动汽车电子产业快速扩张，汽车芯片需求快速增长，随着零部件智能化、电动化推进，预计短期内芯片需求将呈现爆发式增长。2014-2022年6月中国新能源汽车销量及渗透率情况资料来源：中汽协，华经产业研究院整理四、数字芯片市场规模1、市场规模电子信息技术快速扩张，作为半导体核心技术产业的集成电路表现为稳步增长趋势，同时随着芯片工艺进程持续发展，目前三星已达到3nm量产水平，全球数字电路稳步增长，2019受下游手机和汽车消费下降影响，市场规模下滑，随后中国新能源汽车快速增长，带动需求回升，2021年整体市场规模增长27.3%，达到3889亿美元，分别占比集成电路和半导体市场规模的84%和70%左右。2017-2021年全球数字电路市场规模及增长率资料来源：WSTS，华经产业研究院整理2、市场结构就数字芯片市场结构而言，数字电路（数字芯片）分为微处理器、逻辑芯片和存储芯片，数字电路储存芯片和逻辑芯片占比较高，领域微处理器发展迅速，MCU在物联网、汽车电子领域广泛应用。数据显示2021年市场规模分别为802.21亿、1548.37亿和1538.38亿美元，占数字电路比重分别为20.6%、39.8%和39.6%。2021年全球数字电路市场结构占比情况资料来源：WSTS，华经产业研究院整理五、数字电路竞争格局就集成电路设计方面，全球市场主要被高通、博通、英伟达和联发科等占据，，国产化亟待推进。随着政策和需求推进，华为海思半导体，豪威集团、智芯微电子、格科微、士兰微、兆易创新等已成为国内先进企业。就集成电路封测方面，2020年全球前十大半导体封测厂商中，日月光蝉联榜首，市占率约30.11%，安靠（14.62%）位居第二，中国大陆厂商长电科技、通富微电和华天科技分别位列三、五、六名，合计份额达20.94%，国内半导体封测产业话语权整体日渐增强。2020年全球主要集成电路封测厂商占比情况资料来源：Chip Insight，华经产业研究院整理六、数字电路前景模拟芯片强调高可靠性、低失真和低功耗等，芯片使用时间能够长达10年。数字集成电路强调运算速度与成本比，必须不断采用新设计或新工艺，而模拟集成电路强调可靠性和稳定性，一经量产往往具备长久生命力。以国际龙头公司ADI为例，其约50%左右收入是来自于10年及以上产品贡献的。数字集成电路目前量产工艺制程已达3nm，每提升1nm整体性能提升近30%，随着数字电路持续技术更新，产业量价齐升，规模持续扩张。原文标题：2021年全球数字芯片（数字电路）现状分析，微处理器需求持续增长, MCU广泛应用「图」华经产业研究院对数字芯片行业发展现状、行业上下游产业链、竞争格局及重点企业等进行了深入剖析，最大限度地降低企业投资风险与经营成本，提高企业竞争力；并运用多种数据分析技术，对行业发展趋势进行预测，以便企业能及时抢占市场先机；更多详细内容，请关注华经产业研究院出版的《2022-2027年中国数字芯片市场全景评估及投资规划建议报告》。发布于 2022-07-29 10:24芯片（集成电路）微处理器数字芯片赞同 2添加评论分享喜欢收藏申请

【初探半导体产业】一文读懂“数字芯片”和“模拟芯片”的区别 - 知乎

【初探半导体产业】一文读懂“数字芯片”和“模拟芯片”的区别 - 知乎首发于乾言科技切换模式写文章登录/注册【初探半导体产业】一文读懂“数字芯片”和“模拟芯片”的区别埃米博士清华大学工学博士半导体产业中名词非常多。这几天又遇到了“数字芯片”和“模拟芯片”两个概念，该如何快速理解呢？1模拟芯片主要指电源管理芯片和信号链芯片，主要应用于电源模块中。电源管理芯片是在电子设备系统中担负起对电能的变换、分配、检测及其他电能管理的职责的芯片，主要分为交流-直流转换、直流和直流电压转换、电压调节器、交流与直流稳压电源。如目前手机快充充电器中核心部件就是模拟芯片。信号链芯片则是一个系统中信号从输入到输出的路径中使用的芯片，包括信号的采集、放大等功能。如各种放大器、模拟开关等。模拟芯片是模拟电路的核心，是决定电路稳定性，可靠性的重要因素之一。各类电源价格的差异很大程度都是由模拟芯片优劣造成的。2数字芯片包括CPU、微处理器、微控制器、数字信号处理单元、存储器等，由基本的逻辑电路组成。生活中各类电子产品中控制器、移动硬盘等核心部件均为数字芯片；实验室的检测设备如数字示波器，数字信号发生器中，都需要这类芯片。3相比而言，模拟芯片的制程要求低，国内有望实现模拟芯片的自给自足，如近年来火热的第三代半导体芯片，主要就是指研发生产模拟芯片。发布于 2021-07-27 19:13DSP（数字信号处理）半导体产业芯片（集成电路）赞同 252 条评论分享喜欢收藏申请转载文章被以下专栏收录乾言科技专注硬科技动态、技术市

数字集成电路_百度百科

电路_百度百科网页新闻贴吧知道网盘图片视频地图文库资讯采购百科百度首页登录注册进入词条全站搜索帮助首页秒懂百科特色百科知识专题加入百科百科团队权威合作下载百科APP个人中心收藏查看我的收藏0有用+10数字集成电路播报讨论上传视频用于处理数字信号的集成电路本词条由“科普中国”科学百科词条编写与应用工作项目审核。数字集成电路是将元器件和连线集成于同一半导体芯片上而制成的数字逻辑电路或系统。根据数字集成电路中包含的门电路或元、器件数量，可将数字集成电路分为小规模集成（SSI）电路、中规模集成MSI电路、大规模集成（LSI）电路、超大规模集成VLSI电路和特大规模集成（ULSI）电路。中文名数字集成电路外文名digital integrated circuit关键词信息科学元器件集成电路元器件数100～1000个之间型号组成前缀、编号、后缀三大部分组成目录1基本介绍2型号组成3逻辑功能4内部设计5类别说明6一般特性▪TTL电路▪CMOS电路7注意事项基本介绍播报编辑数字集成电路是基于数字逻辑（布尔代数）设计和运行的，用于处理数字信号的集成电路。根据集成电路的定义，也可以将数字集成电路定义为：将元器件和连线集成于同一半导体芯片上而制成的数字逻辑电路或系统。根据数字集成电路中包含的门电路或元、器件数量，可将数字集成电路分为小规模集成（SSI）电路、中规模集成MSI电路、大规模集成（LSI）电路、超大规模集成VLSI电路、特大规模集成（ULSI）电路和巨大规模集成电路（GSI，Giga Scale Integration）。小规模集成电路包含的门电路在10个以内，或元器件数不超过10个；中规模集成电路包含的门电路在10～100个之间，或元器件数在100～1000个之间；大规模集成电路包含的门电路在100个以上，或元器件数在1，000～10, 000个之间；超大规模集成电路包含的门电路在1万个以上，或元器件数在100，000～1，000，000之间；特大规模集成电路的门电路在10万个以上，或元器件数在1，000，000～10，000，000之间。随着微电子工艺的进步，集成电路的规模越来越大，简单地以集成元件数目来划分类型已经没有多大的意义了，目前暂时以“巨大规模集成电路”来统称集成规模超过1亿个元器件的集成电路。型号组成播报编辑数字集成电路的型号组成一般由前缀、编号、后缀三大部分组成，前缀代表制造厂商，编号包括产品系列号、器件系列号，后缀一般表示温度等级、封装形式等。如表0—1所示为TTL 74系列数字集成电路型号的组成及符号的意义。逻辑功能播报编辑可将数字逻辑电路分成组合逻辑电路和时序逻辑电路两大类。在组合逻辑电路中，任意时刻的输出仅取决于当时的输入，而与电路以前的工作状态无关。最常用的组合逻辑电路有编码器、译码器、数据选择器、多路分配器、数值比较器、全加器、奇偶校验器等。在时序逻辑电路中，任意时刻的输出不仅取决于该时刻的输入，还与电路原来的状态有关。因此，时序逻辑电路必须有记忆功能，必含有存储单元电路。最常用的时序逻辑电路有寄存器、移位寄存器、计数器等。具体的组合逻辑电路和时序逻辑电路不胜枚举。由于它们的应用十分广泛，所以都有标准化、系列化的集成电路产品，通常把这些产品叫做通用集成电路。与此相对应地把那些为专门用途而设计制作的集成电路叫做专用集成电路(ASIC)。内部设计播报编辑数字电路的组成：组合逻辑+寄存器（触发器）。组合逻辑就是由基本门组成的函数，其输出只会跟当前的输入有关，在上面的例子中，第一个图就是组合逻辑，只完成逻辑运算；而时序电路除了包含基本门之外，还包含存储元件用例保存过去的信息，时序电路的稳态输出不仅取决于当前的输入，还与过去的输入所形成状态有关。第二个图就是时序电路，在完成逻辑运算的同时，还可以把处理结果暂存起来，用以下一次的运算。从功能上来看，数字集成电路内部可以分为数据通路（Data-path，也称为数据路径）和控制逻辑两大部分。这两大部分都是由大量的时序逻辑电路集成的，而且绝大部分都是同步的时序电路，因为时序电路被多个触发器或寄存器分成若干节点，而这些触发器在时钟的控制下会按同样的节拍来工作，可以简化设计。在长期的设计过程中，已经积累了很多标准的通用单元，比如选择器（也叫多路器，可以从多个输入数据中选一个输出）、比较器（用于比较两个数的大小）、加法器、乘法器、移位寄存器等等，这些单元电路形状规则，便于集成（这也是数字电路在集成电路中得到更好的发展的原因）。这些单元按设计要求连接在一起，形成数据通路，待处理的数据从输入端经过这条通路到输出端，便得到处理后的结果。同时，还需要由专门设计的控制逻辑，控制数据通路的各组成部件，按各自的功能要求和特定的时序关系和来配合工作。类别说明播报编辑数字集成电路产品的种类很多，若按电路结构来分，可分成TTL和MOS 两大系列。TTL 数字集成电路是利用电子和空穴两种载流子导电的，所以又叫做双极性电路。MOS 数字集成电路是只用一种载流子导电的电路，其中用电子导电的称为NMOS 电路;用空穴导电的称为PMOS 电路:如果是用NMOS 及PMOS 复合起来组成的电路，则称为CMOS 电路。CMOS 数字集成电路 [2]与TTL 数字集成电路相比，有许多优点，如工作电源电压范围宽，静态功耗低，抗干扰能力强，输入阻抗高，成本低，等等。因而， CMOS 数字集成电路得到了广泛的应用。数字集成电路品种繁多，包括各种门电路、触发器、计数器、编译码器、存储器等数百种器件。数字集成电路产品的系列见下表。国家标准型号的规定，是完全参照世界上通行的型号制定的。国家标准型号中的第一个字母"C" 代表中国;第二个字母"T" 代表TTL ， "C" 代表CMOS。CT 就是中国的TTL数字集成电路， CC 就是中国的CMOS 数字集成电路。其后的部分与国际通用型号完全一致。 [1]一般特性播报编辑TTL电路（1）电源电压范围TTL电路的工作电源电压范围很窄。S，LS，F系列为5V±5%；AS，ALS系列为5Y±10%。（2）频率特性TTL电路的工作频率比4000系列的高。标准TTL电路的工作频率小于35MHz；LS系列TTL电路的工作频率小于40MHz；ALS系列电路的工作频率小于70MHz；S系列电路的工作频率小于125MHz；AS系列电路的工作频率小于200MHz.（3）TTL电路的电压输出特性当工作电压为十5V时，输出高电平大于2.4V，输人高电平大于2.0V；输出低电平小于0.4V，输人低电平小于0.8V。（4）最小输出驱动电流标准TTL电路为16mA；LS－TTL电路为8mA；S－TTL电路为20mA；ALS－TfL 电路为8mA；AS－TTL电路为⒛ mA。大电流输出的TTL电路：标准TTL电路为48mA；LS－TTL电路为24mA；S－TTL电路为64mA；ALS－TTL电路为24/48mA；AS－TTL电路为48/64mA。（5）扇出能力（以带动LS-TTL负载的个数为例）标准TTL电路为40；IS－TTL电路为20；S－TTL电路为50；ALS-TTL电路为 20；AS-TTL电路为50。大电流输出的TTL电路：标准TTL电路为120；LS－TTL电路为60；S－TTL电路为160；ALS－TTL电路为60/120；AS －TTL电路为120/160。对于同一功能编号的各系列TTL集成电路，它们的引脚排列与逻辑功能完全相同。比如，7404，74LS04， 74A504，74F04，74ALS04等各集成电路的引脚图与逻辑功能完全一致，但它们在电路的速度和功耗方面存在着明显的差别。CMOS电路（1）电源电压范围集成电路的工作电源电压范围为3～18V，74HC系列为2～6V。（2）功耗当电源电压VDD=5V时，CMOS电路的静态功耗分别是：门电路类为2.5～5μW；缓冲器和触发器类为5～20μW；中规模集成电路类为25～100μW，（3）输人阻抗CM05电路的输入阻抗只取决于输人端保护二极管的漏电流，因此输人阻抗极高，可达108～1011Ω以上。所以，CMOS电路几乎不消耗驱动电路的功率。（4）抗干扰能力因为它们的电源电压允许范围大，因此它们输出高低电平摆幅也大，抗干扰能力就强，其噪声容限最大值为45%VDD保证值可达30%VDD，电源电压越高，噪声容限值越大。（5）逻辑摆幅CMOS电路输出的逻辑高电平“1”非常接近电源电压VDD逻辑低电平“0”接近电源Vss，空载时，输出高电平VOH=VCC-0.05V，输出低电平VOL=0.05V。因此，CMOS电路电源利用系数最高。（6）扇出能力在低频工作时，一个输出端可驱动50个以上CMOS器件。（7）抗辐射能力CMOS管是多数载流子受控导电器件，射线辐射对多数载流子浓度影响不大。因此，CMOS电路特别适用于航天、卫星和核试验条件下工作的装置。CMOS集成电路功耗低，内部发热量小，集成度可大大提高。又因为电路本身的互补对称结构，当环境温度变化时，其参数有互相补偿作用，因而其温度稳定性好。（8）CMOS集成电路的制造工艺CMOS集成电路的制造工艺比TTL集成电路的制造工艺简单，而且占用硅片面积也小，特别适合于制造大规模和超大规模集成电路。注意事项播报编辑①不允许在超过极限参数的条件下工作。电路在超过极限参数的条件下工作，就可能工作不正常，且容易引起损坏。TTL集成电路的电源电压允许变化范围比较窄，一般在4.5～5.5V之间，因此必须使用+5V稳压电源；CMOS集成电路的工作电源电压范围比较宽，有较大的选择余地。选择电源电压时，除首先考虑到要避免超过极限电源电压外，还要注意到，电源电压的高低会影响电路的工作频率等性能。电源电压低，电路工作频率会下降或增加传输延迟时间。例如CMOS触发器，当电源电压由+15V下降到十3V时，其最高工作频率将从10MHz下降到几十千赫。②电源电压的极性千万不能接反，电源正负极颠倒、接错，会因为过大电流而造成器件损坏。③CMOS电路要求输人信号的幅度不能超过VDD～VSS，即满足VSS=V1=VDD。当 CMOS电路输入端施加的电压过高（大于电源电压）或过低（小于0V），或者电源电压突然变化时，电路电流可能会迅速增大，烧坏器件，这种现象称为可控硅效应。预防可控硅效应的措施主要有：·输入端信号幅度不能大于VDD和小于0V；·消除电源上的干扰；·在条件允许的情况下，尽可能降低电源电压，如果电路工作频率比较低，用+5V电源供电最好；·对使用的电源加限流措施，使电源电流被限制在30mA以内。④对多余输人端的处理。对于CMOS电路，多余的输人端不能悬空，否则，静电感应产生的高压容易引起器件损坏，这些多余的输人端应该接yDD或yss，或与其他正使用的输人端并联。这3种处置方法，应根据实际情况而定。对于TTL电路，对多余的输人端允许悬空，悬空时，该端的逻辑输入状态一般都作为“1”对待，虽然悬空相当于高电平，并不影响与门、与非门的逻辑关系，但悬空容易受干扰，有时会造成电路误动作。因此，多余输人端要根据实际需要做适当处理。例如，与门、与非门的多余输人端可直接接到电源上；也可将不同的输人端公用一个电阻连接到电源上；或将多余的输人端并联使用。对于或门、或非门的多余输人端应直接接地。⑤多余的输出端应该悬空处理，决不允许直接接到VDD或VSS，否则会产生过大的短路电流而使器件损坏。不同逻辑功能的CMOS电路的输出端也不能直接连到一起，否则导通的P沟道MOS场效应管和导通的N沟道 MOS场效应管形成低阻通路，造成电源短路而引起器件损坏。除三态门、集电极开路门外，TTL集成电路的输出端不允许并联使用。如果将几个集电极开路门电路的输出端并联，实现“线与”功能时，应在输出端与电源之间接人上拉电阻。⑥由于CMOS电路输人阻抗高，容易受静电感应发生击穿，除电路内部设置保护电路外，在使用和存放时应注意静电屏蔽；焊接CMOS电路时，焊接工具应良好接地，焊接时间不宜过长，焊接温度不要太高。更不能在通电的情况下，拆卸，拔、插集成电路。⑦多型号的数字电路之问可以直接互换使用，如国产的CC4000系列可与CD4000系列、MC14000系列直接互换使用。但有些引脚功能、封装形式相同的IC，电参数有一定差别，互换时应注意。⑧注意设计工艺，增强抗干扰措施。在设计印制线路板时，应避免引线过长，以防止信号之间的窜扰和对信号传输的延迟。此外要把电源线设计得宽一些，地线要进行大面积接地，这样可减少接地噪声干扰。在CMOS逻辑系统设计中，应尽量减少电容负载。电容负载会降低CMOS集成电路的工作速度和增加功耗。新手上路成长任务编辑入门编辑规则本人编辑我有疑问内容质疑在线客服官方贴吧意见反馈投诉建议举报不良信息未通过词条申诉投诉侵权信息封禁查询与解封©2024 Baidu 使用百度前必读 | 百科协议 | 隐私政策 | 百度百科合作平台 | 京ICP证030173号京公网安备110000020000

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2020年12月10日 06:29--浏览 ·

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关注芯片被广泛应用于生活各处，新的需求会促进产生新的芯片。但是面对种类繁多的芯片，大众对于芯片知之甚少，就连业内人也不一定能准确区分摆在面前的芯片到底属于哪一类。要清楚的了解各类芯片，那么首先要对它进行分类。芯片的分类可以按照晶体管工作状态、制造工艺、适用性、集成规模、功率大小、封装形式、应用环境、功能用途等进行不同的分类。芯片可以粗略划分为模拟电路芯片、数字电路芯片、数模混合电路芯片、特种电路芯片四大类。今天主要来聊聊关于【数字电路芯片】的那些事儿数字电路芯片的工作原理是通过晶体管控制电流的“开”和“关”，来表达数据或信息的“1”和“0”，或者表达逻辑判断的“是”与“非”，所以数字电路也称为开关电路或者逻辑电路。它主要用于计算机和逻辑控制领域，由工作在开关状态的晶体管组成。因此，数字电路的规模大小由其中的晶体管数量来决定。数字电路芯片主要包括以下7类：1.逻辑电路：逻辑电路芯片国际通用系列有74系列、40系列、54系列、厂家兼容系列、非系列专用电路等。逻辑电路基本上是由与门、或门和非门电路组合而成的，因此，这些系列的电路也称为组合逻辑电路。与门电路用于“几个输入条件同时存在才有结果，否则就无结果”的判断；或门电路用于“几个输入条件只要有一个存在就有结果，都不存在就无结果”的判断；非门电路用于“输入条件存在就无结果，输入条件不存在就有结果”的判断。这些判断和处理组合起来，就可以处理非常复杂的控制和运算问题。数量庞大的逻辑电路芯片在理论上可以实现一个复杂系统的功能，例如电脑、交换机等。但时至今日，芯片的集成度很高，许多自成系统的逻辑电路可以集成在芯片内部，一个芯片也可以实现很复杂的功能，也就没有人愿意用大量小芯片去实现大系统。目前的逻辑电路芯片仅用在小电子产品中，以及在大系统的通用大芯片之间的连接电路上。2.通用处理器(CPU、GPU、DSP、APU等)：通用处理器由海量的逻辑电路组成，它包含了控制、存储、运算、输入输出等部分，形成了一个完整的数据和信息处理系统。它是规模最大、结构最复杂的一类数字电路芯片。因此，通用处理器被归类为巨大规模集成电路。它的特点是按照摩尔定律不断推陈出新，形成若干个产品系列。例如Intel和AMD的X86系列、IBM的PowerPC系列、ARM RISC系列等，每个系列已生产了20～30多个芯片型号，每个型号的市场平均寿命在2年左右。通用处理器被称为电子产品和信息系统的大脑和中枢。随着人工智能技术的高速发展，传统的CPU结构已经不能适应人工智能系统对信息存储、运算和推理的要求，新型处理器结构创新产品随之不断出现。3.存储器(SRAM、DRAM、PROM、Flash等)：存储器是用于存储数据和信息的芯片。可细分为静态存储器(SRAM)、动态存储器(DRAM、LPDDRX)、可编程只读存储器(PROM)、闪速存储器(Flash)和嵌入式存储器(Embedded Memory)等。SRAM用于电子产品中存储数据，在通电过程保持数据不变，断电后数据丢失；DRAM在通电过程中通过定时刷新保持数据不变，断电后数据丢失；Flash在通电过程中保持数据不变，断电也不丢失；PROM一旦用特殊手段写入数据后，不论通电与否都不会丢失。前两种称为易失性存储器，后两种称为非易失性存储器。以上这几种存储器可以封装成独立的存储器芯片，也可以设计在CPU、MCU、SoC之中,被称为嵌入式存储器。4.单片系统(SoC)：单片系统就是把一个电子系统全部集成到一颗芯片中。只要给SoC芯片加上电源和少量外部电路，就可以实现一个完整的电子产品或系统的功能。例如音视频播放器(MP4)、汽车导航仪、手机等都可以用一个SoC芯片加少量外部元器件来实现。SoC芯片内部一般由CPU核、嵌入式存储器、I/O接口等部分组成。SoC芯片是面向具体应用领域而设计的专用系统级芯片，例如医疗设备、汽车电子、抄表系统、智能手机、智慧电视等领域。SoC芯片不像CPU芯片那样可以跨领域通用，只能在本应用领域内使用。5.微控制器(MCU)：微控制器是简化版的通用处理器(CPU)，也称为单板机或单片机。MCU一般用在较简单的、小型的电子产品或系统中，实现简单的控制和数据处理任务。但在大型系统中，也可以用许多MCU完成复杂的控制任务。MCU芯片的应用面十分广泛，从洒水器、电饭锅、电冰箱等的控制到仪器、仪表、工业自动化生产线等的控制，再到大型应用:高铁、飞机等的系统控制等。以MCU或SOC芯片为核心搭建的电子系统也称为嵌入式系统，MCU和SOC也被称为嵌入式微处理器。6.定制电路(ASIC) ：需求决定供应，当用户不想使用通用芯片而是想按自己的应用要求定制一款芯片时，这种芯片就称为全定制芯片。典型代表是二代身份证芯片。有些厂商为自己的产品采取定制ASIC的方法，一是为了保护产品的技术细节和诀窍，二是ASIC会更加适合产品的需要。7.可编程逻辑器件(PLD) (包括PLD、PAL、GAL、FPGA等)：上面几类芯片被称固定逻辑电路芯片，生产后功能就被固定下来，不能再进行任何大的改变。如果需要完善和升级，就要先修改设计，再交由代工厂重新生产。而修改和重新生产的成本很高，只有需求量很大的芯片才按照固定逻辑电路的模式进行开发。需求数量少、有更新和升级可能的芯片，需要按照可编程逻辑器件的模式进行开发。可编程逻辑器件在编程之前属于通用芯片，厂家可以批量生产，满足不同领域的应用需求。而在编程之后就变成了专用芯片，只满足某个具体领域的特殊应用。因此，PLD芯片也称为半定制芯片。目前应用最广的是现场可编程门阵列(FPGA)，它特别适合用在用量不大，或者用量较大，但需要不断完善和升级的应用场合。它在通信、安防监控、自动控制、人工智能、军工与航天等领域，以及芯片设计的原型验证、算法与嵌入式系统开发等方面都有着广泛应用。END本文禁止转载或摘编

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芯片全景图和国产数字芯片的机会_澎湃号·政务_澎湃新闻-The Paper

图和国产数字芯片的机会_澎湃号·政务_澎湃新闻-The Paper下载客户端登录无障碍+1芯片全景图和国产数字芯片的机会2020-01-13 15:28来源：澎湃新闻·澎湃号·政务字号来源：创业邦作者：程奎元核心内容芯片有多种分类方式，根据处理的信号不同，芯片可分为数字芯片和模拟芯片。本文主要介绍数字芯片，模拟芯片更新待续。当前国内芯片现状中：上游——国际巨头垄断高端通用芯片，国内企业奋力追赶；中游——国际巨头工艺领先，国内厂商助力芯片设计发展；下游——主要为系统集成（System Integration）企业，提供软硬件集成解决方案，赋能实体经济。2018年4月，美国商务部以违反对针对伊朗及朝鲜的贸易禁运为由，对中国通讯设备大厂中兴通讯实施制裁，要求美国相关公司在7年内不得向中兴通讯提供零部件，其中就包括最关键的微型芯片等产品。2019年5月，美国商务部表示已将华为和其70家子公司添加到实体名单中，此举禁止电信巨头华为等在未经美国政府批准的情况下从美国公司购买零部件。从中兴事件到华为等被列入实体清单，虽然表面上是一起制裁行动，本质上却体现出国内芯片自主能力的不足。据海关的数据显示，2018年中国进口芯片超过达到了3,120.58亿美元，同比增长19.8%，创下了历史新高。芯片已经超过原油，成为我国进口的第一大品类。而出口芯片仅为846.36亿美元，进口额是出口额的3.7倍。并且从近五年的数据来看，中国芯片贸易逆差越来越大。中国芯片自给率严重不足，2018年中国芯片自给率仅15%左右。从核心芯片自给率来看，处理器、GPU、存储器等核心芯片的自给率严重不足，但国内企业在手机芯片、人工智能、封装等自给率较高。手机芯片方面以华为麒麟芯片为代表，性能达到世界领先水平。封装测试环节技术较低，我国作为劳动密集型大国有着先天优势，国内封测领域有三大龙头，分别是长电科技、华天科技和通富微电，三家均进入了全球封测行业的前十。在人工智能芯片方面，国内传统互联网巨头和人工智能创企积极布局，阿里巴巴的含光800、寒武纪NPU、地平线的自动驾驶芯片为代表的人工智能芯片取得了不俗的成绩。总体来看，国内芯片市场规模大，自给能力不足；中低端产品发展迅速，细分领域实现突破，核心受制于人。所以，在国家政策和资金的支持下，我国应加大攻克核心技术，大力发展国产芯片，加速芯片的国产替代，打造中国芯。本文将对芯片做一个相对全面的介绍，包括芯片产业链、数字芯片、AI芯片、模拟芯片，以及世界芯片的主要格局及参与玩家，并试图挖掘出国产芯片的机会。芯片简介及产业链一、芯片简介芯片在生活中无处不在，智能手机、电脑、家用电器、汽车甚至军工领域都不缺芯片的身影。芯片体积虽小，却为各行各业实现信息化、智能化奠定了基础。芯片的历史可以追溯到晶体管的诞生，1947年美国贝尔实验室制造出全球第一个晶体管。晶体管的出现使各种器件和线路集成在一块介质基片上成为可能，集成电路的构想也由此诞生。1958年，在德州仪器（Texas Instruments，TI）就职的杰克·基尔比以锗（Ge）衬底，将几个晶体管、电阻、电容连接在一起，成功研制出世界上第一块集成电路，其发现集成电路的工效相比离散的部件有着巨大优势。在杰克·基尔发明基于锗的集成电路后的几个月，罗伯特·诺伊斯相继发明了基于硅（Si）的集成电路，当今半导体大多数应用的就是基于硅的集成电路。把一个电路中所需的晶体管、电阻、电容和电感等元件及布线互连一起，制作在一小块或几小块半导体晶片或介质基片上，然后封装在一个管壳内，成为具有所需电路功能的微型结构，这便是集成电路（IC），又被称为芯片。芯片中所有元件在结构上已组成一个整体，使电子元件向着微小型化、低功耗、智能化和高可靠性方面迈进了一大步。二、芯片在电子设备中的重要性下面以iPhone 11 Pro Max为例，来看芯片在电子设备中的重要性。拆开后壳拆出主板拆开主板iPhone 11 Pro Max主板构造红色：苹果APL1W85 A13 Bionic SoC，集成SK海力士4GB内存橙色：苹果APL1092电源管理芯片黄色：凌云逻辑Cirrus Logic 338S00509音频解码器绿色：Decawave 封装芯片（U1超宽频芯片）蓝色：安华高（Avago）8100中/高频PAMiD射频收发器紫色：思佳讯（Skyworks）78221-17低频 PAMiD射频收发器粉色：意法半导体（STMicrolectronics）STB601A0N电源管理芯片iPhone 11 Pro Max主板背部构造红色：东芝 TSB 4226VE9461CMNA1 1927 闪存iPhone 11 Pro Max射频电路板红色：苹果（Apple）、环隆（USI）339S00648 WiFi/蓝牙芯片橙色：IntelX927YD2Q 调制解调器基带芯片黄色：Intel 5765P10 A15 08B13 H1925 收发器绿色：思佳讯Skyworks78223-17 功率放大器蓝色：威讯81013 -Qorvo 封包追踪模块紫色：Skyworks13797-19 5648169 1927 MX粉色：Intel 6840P10 409 H1924基带电源管理芯片充电模块红色：意法半导体（STMicroelectronics）无线充电芯片橙色：苹果338S00411音频放大器黄色：德州仪器（TI）SN261140电池充电芯片来源：iFixit综上，可以看出芯片对电子设备的重要性。一部智能手机中存在着大量的芯片，提供各种功能。具体来看，A13 Bionic SoC集成的的CPU、GPU、神经网络引擎、外挂的基带芯片等为微处理器；4G运行内存RAM即DRAM，闪存即NAND flash，均为存储芯片；射频芯片（收发器、功率放大器）、音视频多媒体芯片、电源管理芯片等为模拟芯片。同样，芯片在其他电子及设备中都在发挥着重要的作用，非智能设备如遥控器、空调、LED灯泡等都存在着芯片的身影。随着5G、AIoT等的飞速发展，智能化、互联化、云化等越来越需要芯片去发挥作用，特别是人工智能芯片成为了传统芯片厂商、互联网/科技巨头和AI创企的竞争高地。三．芯片的分类芯片有多种分类方式，根据处理的信号的不同，芯片可分为数字芯片和模拟芯片。数字信号：信息参数在时间和幅度上都是离散的信号，是模拟信号经采样量化后得到的离散信号，以二进制（0/1）表示。其特点是：在时间和幅度上离散变化，易存储、不衰减、更适合被高速处理。模拟信号：信息参数在给定时间范围内表现为连续的信号，例如温度、压力、声音和图像等。其特点是：幅度随时间连续变化，能真实、逼真的反映我们所处的物理世界，但是易衰减、不易存储。处理数字信号的为数字芯片，处理模拟信号的为模拟芯片。以智能手机为例，外界的模拟信号如拍照获得的图像、识别所需的指纹或面容等模拟信号通过模拟芯片进行处理，然后通过模转数模块将模拟信号转化为数字信号，再由数字芯片进行处理；处理后的数字信号根据需要也会通过数转模芯片转化为模拟信号进行对外传输。四．芯片产业链1.上游——国际巨头垄断高端通用芯片，国内企业奋力追赶芯片设计是芯片产业链的顶端，包括架构选择、逻辑设计、电路设计、封装设计等一系列的步骤。根据DIGITIMES Research的数据，2018年全球IC设计厂商收入排名前十位中只有华为海思一家大陆企业上榜。虽然以华为海思为代表的移动处理器芯片设计厂商已进入全球前列，但国内芯片设计总体水平相比于国际芯片巨头还存在着巨大差距，CPU、GPU、FPGA等高端通用芯片仍被国际巨头垄断。近年来我国设计产业发展迅猛，行业增速远超国际平均水平，华为海思已经达到7nm先进制程，在5G芯片技术上也走在世界前列；紫光展锐、大唐的5G部署在积极进行；汇顶科技的指纹识别芯片应用于国内大部分智能手机；寒武纪、地平线的AI布局在国际崭露头角。（1）芯片设计的商业模式按照芯片设计的商业模式，可分为IP设计和芯片设计。IP设计，即设计芯片IP核（IPcore）。IP核是芯片常用设计模块，现在芯片的设计，不再是完全从0开始，都是基于某些成熟的IP核，并在此基础之上进行芯片功能的添加。以ARM公司为例，自身不生产芯片，而通过处理器授权、处理器优化包授权与架构授权三种授权方式作为商业模式。芯片设计公司获取ARM公司的授权，得到ARM芯片的IP核，在此基础上进行进一步的芯片开发。芯片设计，即通过自主架构或已授权架构，根据细分市场的需求进行有针对性的开发。（2）芯片架构在设计环节，最重要就是选择指令集架构。指令集架构不仅仅是一组指令的集合，它还要定义与软件相结合的硬件信息，用硬件电路实现指令集所规定的操作运算，处理器架构设计是目前芯片产业的最高层级和最重要的层级。指令集架构可以理解为一个抽象层，构成处理器底层硬件与运行于其上的软件之间的桥梁与接口，也是现在计算机处理器中最重要的一个抽象层。目前，世界主流的架构有ARM公司主导的ARM架构，和Intel主导的x86架构。整体来看，ARM和x86架构几乎瓜分了整个架构市场。而以灵活、精简、开源等特性的RISC-V架构同样受到越来越多的关注，在物联网、AI等芯片领域有巨大的潜力，也成为中国芯的新机遇。① CISC与Intel x86现在常用的PC端或服务器，使用的主要是英特尔和AMD公司的CPU。这类CPU使用的指令集，属于CISC（Complex Instruction Set Computer）即复杂指令集计算机。一款CPU支持的指令集，可以有很多种，早期的CPU都是基于CISC。1978年6月8日，Intel生产出了世界上第一款16位的微处理器并命名为“i8086”， x86架构诞生，它定义了芯片的基本使用规则。随后几十年，x86架构不断改进，x86指令集被当做一种规范沿用至今，英特尔因此成为行业龙头。2003年，AMD推出了业界首款64位处理器Athlon 64，也带来了x86-64，即x86指令集的64位扩展超集，Intel与AMD的斗争从此拉开。② RISC与ARM移动互联网时代的到来对低功耗的要求越来越高，x86架构整个指令集中，只有约20%的指令会被经常使用。于是，1979年美国加州大学伯克利分校的David Patterson教授提出了RISC的想法，主张硬件应该专心加速常用的指令，较为复杂的指令则利用常用的指令去组合。RISC（Reduced Instruction SetComputer）即精简指令集计算机。RISC通过精简CISC指令种类，格式，简化寻址方式，达到省电高效的效果，适合手机、平板、数码相机等便携式电子产品或物联网产品。上个世纪80年代，ARM公司就是基于RISC架构开始做自己的芯片，最终一步一步崛起，战胜了英特尔，成为现在的移动芯片之王。如今，包括华为麒麟、高通骁龙在内的大部分手机终端和物联网设备芯片，都是基于ARM的架构设计。2007年，iPhone横空出世开创了移动互联网时代，第一代iPhone的处理器芯片即使用ARM架构设计。2008年，Google推出了基于ARM指令集的Android系统。至此，智能手机的飞速发展奠定了ARM在智能手机市场的霸主地位。③ RISC-V与AIoT现如今，随着5G、物联网、人工智能等技术的蓬勃发展，越来越多的企业开始生产和制造服务于各个垂直行业的终端和模组。在架构的选择上，x86是封闭性技术、ARM架构均须支付高额授权费，这种情况下，RISC-V诞生并登上舞台。RISC-V指令集非常精简和灵活。它的第一个版本只包含了不到50条指令，可以用于实现一个具备定点运算和特权模式等基本功能的处理器。RISC-V架构采用的开源方式，其指令集可以自由地用于任何目的，允许任何人设计、制造和销售RISC-V芯片和软件而不必支付给任何公司专利费。目前，RISC-V基金会共有包括18家白金会员在内的235家会员单位（数据截止2019年7月10日）。这些会员单位中包含了半导体设计制造公司、系统集成商、设备制造商、军工企业、科研机构、高校等各式各样的组织，足以说明RISC-V的影响力在不断扩大。专注于RISC-V的代表企业为晶心科技，在IP领域仅次于ARM、Synopsys、MIPS、Cadence排名第五。晶心科技于2005年成立，董事长为联发科董事长蔡明介，从创立伊始公司就专注于嵌入式CPU IP，至今已有13年历史。目前公司主要围绕低功耗高性能的CPU进行开发，除了CPU IP之外，还提供平台外围IP、软硬件开发工具、生态系统等一整套方案。为了避免受制于海外芯片巨头，国内开始发力基于RISC-V的芯片设计，从源头实现芯片自主。2018年7月，上海经信委出台了国内首个支持RISC-V的政策。10月，中国RISC-V产业联盟成立。产品方面，中天微和华米科技先后发布了基于RISC-V指令集的处理器。基于RISC-V开发的黄山1号（华米），全球可穿戴领域第一颗人工智能芯片。2019年7月25日，玄铁910正式发布，这是平头哥半导体成立之后的第一款产品。玄铁910基于RISC-V的处理器IP核，开发者可以免费下载FPGA代码，开展芯片原型设计架构创新。2019年8月22日，业界领先的半导体供应商兆易创新正式发布基于RISC-V内核的GD32V系列32位通用MCU产品，提供从芯片到程序代码库、开发套件、设计方案等完整工具链支持并持续打造RISC-V开发生态。2.中游——国际巨头工艺领先，国内厂商助力芯片设计发展芯片产业链中游包含晶圆制造和封装测试。按照上中游是否集成，芯片/半导体行业有两种模式：垂直集成模式，又称IDM，归属于该模式的企业业务需包含设计和制造/封测。IDM模式的代表企业是英特尔、德州仪器（TI）和三星。垂直分工模式，采取分工模式的企业仅只专营一项业务，像是英伟达和华为海思仅有芯片设计，没有制造业务，称作fabless；而台积电、中芯国际和格芯为代表的代工厂仅代工制造，不涉及芯片设计，称作Foundry。台积电是全球Foundry中的绝对霸主，一家拿到50%的份额，台积电先进制程的开发进度几乎决定了行业的发展速度。大陆地区代工厂代表有中芯国际和华虹半导体，其中中芯国际在全球晶圆代工企业中位列第五。（1）晶圆制造纯晶圆代工行业集中度很高，前四大纯晶圆代工厂合计占据全球份额的85%，其中台积电一家更是雄踞近60%的市场份额。以中芯国际、华虹半导体、华力微为代表的大陆晶圆代工厂商相比国际巨头仍有很大差距。芯片制造环节中，芯片制程决定了代工厂的先进程度。芯片的制程就是用来表征集成电路尺寸的大小的一个参数，随着摩尔定律发展，制程从0.5um、0.35um、0.25um、0.18um、0.15um、0.13um、90nm、65nm、45nm、32nm、28nm、22nm、14nm，一直发展到现在的10nm、7nm、5nm。目前，28nm是传统制程和先进制程的分界点。以台积电为例，晶圆制造的制程每隔几年便会更新换代一次。近几年来换代周期缩短，台积电2017年10nm已经量产，7nm将于今年量产，5nm预计2020年量产。iPhone11的 A13 Bionic芯片用的便是台积电7nm工艺。除了晶圆制造技术更新换代外，其下游的封测技术也不断随之发展。目前台积电已经试产了5nm，三星为了与台积电竞争，称要研发3nm制程。大陆工厂与台积电的差距大约在2代以上，最先进的中芯国际今年一季度刚刚可以量产14nm制程，目前正抓紧攻克12nm；至于排名第二华虹半导体，距离先进制程仍有距离。而中芯国际的存在，对于中国大陆半导体产业有着重要的意义：赚钱是其次，主要要撑起高水平半导体制造业的自主化，进而促成整个设计、制造、封测产业链的完善。同时，也可以为上游的本土半导体设备及材料厂商提供支持。而正是晶圆代工厂的出现，降低了新选手进入半导体产业的技术和资金门槛，成就了诸多IC设计公司。（2）封装测试封测是集成电路产品的最后一段环节，技术相对容易。封装和测试是两道工序，封装是把电路包起来，外部留出接触的pin脚；测试则是检测芯片的性能满足设计要求。封装技术门槛相对较低，国内发展基础相对较好，所以封测业追赶速度比设计和制造更快。中国半导体第一个全面领先全球的企业，最有可能在封测业出现。国内封测领域有三大龙头，分别是长电科技、天水华天和通富微电，三家均进入了全球封测行业的前十。从长远看，国内封测技术已经跟上全球先进步伐，随着国内上游芯片设计公司的崛起，下游配套晶圆建厂逻辑的兑现，辅以国家政策和产业资本的支持，国内封测企业全面超越台系厂商，是大概率事件。3.下游产业链的下游主要为系统集成（System Integration）企业，提供软硬件集成解决方案，例如人工智能解决方案商。通过对特定行业及特定需求进行定制化算法及系统解决方案，下游企业是赋能实体经济的直接方。主要应用为智能驾驶、智能安防、智能语音、智能机器人、智能手机、AIoT等。数字芯片数字芯片是一种对离散信号的传递和处理，实现数字信号逻辑运算和操作的电路。数字芯片在计算机、数字控制、通信、自动化和仪表等方面中被大量运用。数字芯片则包含处理器（CPU、GPU、基带芯片等）、存储器（DRAM、NANDFlash、NOR Flash）和逻辑电路（FPGA等）。PC、Mac和智能手机等我们常用的电子设备中的CPU、GPU等都是数字芯片。随着AI的发展，FPGA、ASIC等芯片受到越来越多的重视。同样，我们耳熟能详的内存、闪存为代表的存储芯片均属于数字芯片。一、微处理器CPU、GPU——作为通用芯片，国内追赶难度极大1.、CPU（1）两大巨人——英特尔与ARMCPU(CentralProcessing Unit)即中央处理器，在电子设备、云端都有着广泛的应用。作为一种通用芯片，CPU可完成多种不同种类的任务，起着大脑的作用，主要功能是解释计算机指令以及处理计算机软件中的数据。英特尔（Intel）是主要研制CPU处理器的巨头，全球最大的个人计算机零件和CPU制造商。1971年，英特尔推出了全球第一个微处理器——4004，应用在计算器上；1978年推出8086，可处理16位数据、组频5MHz，这是首颗x86芯片，IBM在自己首台PC中采用了8086的精简版8088。英特尔的CPU带来的计算机和互联网革命，改变了整个世界。可以说英特尔的历史就是CPU的发展简史。但随着iPhone等智能手机设备的到来，移动互联网大潮来袭，英特尔却没能保持住优势，在移动设备端CPU逐渐被ARM芯片打败。ARM采用了RISC精简指令集架构，主打低成本、低功耗和高效率的芯片，在移动设备端具备极大优势，目前世界超过95%的智能手机和平板电脑都采用ARM架构。可见ARM和是Intel截然相反的战略路线，英特尔一直以来坚持全产业链商业模式，而ARM是开放的合作共赢模式。（2）国内主要参与玩家对于国内企业来说，CPU是国内企业追赶上世界龙头企业难度最大的芯片。国内主要的CPU企业有龙芯、兆芯、华为鲲鹏和飞腾。即便部分CPU性能已追赶上甚至超越英特尔，由于国内CPU缺乏完善的产业生态支持，国内企业还不足以与市场龙头企业产生直接的竞争。国内企业多用于国家层面的金融、安防、军工、航天等领域，民用领域暂无可观市场。①龙芯，源于中科院，是国内 PC 级 CPU 销量最大的公司。最新一代龙芯 3A4000/3B4000 处理器，采用28nm 工艺，频率从龙芯 3A3000 的 1.5GHz 提升到了 2.0GHz，架构升级为 GS464V，搭配的芯片组也升级到了龙芯 7A2000，28nm 工艺。龙芯3A/B3000 处理器出货量达 30 万片以上。据称更换到14 纳米工艺后，就能达到 AMD 公司 Zen 系列处理器的水平。②兆芯，成立于 2013 年，是 VIA 威盛与上海政府基金成立的合资公司，获得了 x86 授权，是国内发展高性能 X86 处理器的中坚力量。兆芯和安钛克合作发布国产化自主可控网络安全平台，也与龙芯、飞腾有合作，推出龙芯 3A3000/3A4000，兆芯 C4600、飞腾 FT1500A/2000 系列。今年 6 月份发布的兆芯 KX-6000、KH-30000 系列，将工艺升级到 16nm 工艺，成为国内第一款主频达到 3.0G 赫兹的通用 CPU，有 4 核及 8 核两种规格，还支持 PCIe 4.0、双通道 DDR4 内存，搭配的芯片组升级到了 KH-3000 系列。③华为鲲鹏，华为鲲鹏 920 成为业界首颗兼容 ARM 架构的 64 核数据中心处理器。性能上，四核版相当于酷睿 i5 6300H，八核版相当于酷睿 i5 8300H。采用 7nm 工艺制造，该处理器基于 ARMv8 架构，拥有 64 个 2.6GHz 核心，支持 8 通道 DDR4、PCIe 4.0 和 CCIX 互联芯片。9 月，华为已经率先在深圳电力行业部署鲲鹏国产 CPU 生态体系，逐渐取代英特尔 CPU。④飞腾，是国产 CPU 企业中桌面级和嵌入式芯片均能提供高性能产品的企业，是国产芯片的主流代表之一。截至 2019 年 8 月，已联合 500 余家软硬件合作伙伴，研制了 6 大类 300 余种整机产品，移植、优化了 1,000 余种软件。2019 年 8 月 26 日，国内自主安全领域领军企业中国长城完成对天津飞腾35%的股权收购，成为天津飞腾的第一大股东。2、GPUGPU（Graphics Processing Unit），即图形处理器，最初是用在个人电脑、工作站、游戏机和一些移动设备上运行绘图运算工作的微处理器。但凭借其并行计算的能力，目前 GPU 在AI芯片领域也有广泛应用。CPU 的架构中需要大量的空间去放置存储单元和控制单元，相比之下计算单元只占据了很小的一部分，所以它在大规模并行计算能力上极受限制，而更擅长于逻辑控制。但是随着人们对更大规模与更快处理速度的需求增加， CPU 无法满足，因此诞生了GPU。GPU 与 CPU 最大的区别是：相比于 CPU 串行计算，GPU 是并行计算，能同时使用大量运算器解决计算问题的过程，有效提高计算机系统计算速度和处理能力。对于人工智能来说，GPU 刚好与包含大量并行计算的深度学习算法相匹配，因此在AI时代成为了算力加速硬件的首选。（1）GPU王者——英伟达英伟达（Nvidia）是全球最大的独立GPU供应商。英伟达成立于1993 年，由黄仁勋等三人创办。目前占据全球GPU行业的市场份额超过70%，GPU 作为其核心产品占据 84% 的收入份额。独立GPU市场形成英伟达和AMD两大巨头的格局。（2）GPU国内主要参与玩家受制于技术、人才和专利，国内企业GPU厂商与国际巨头有着巨大差距。景嘉微成为了目前国内唯一量产GPU的行业龙头。①景嘉微，国内GPU行业龙头，A 股唯一 GPU 芯片设计公司，成立于 2006年4月。研发背靠国防科大，并积极与国内外算法公司展开新技术合作。首款具备自主知识产权的图形处理芯片JM5400已经开始应用。②西邮微电，嵌入式GPU-萤火虫 1 号，嵌入式 GPU 芯片，该项目填补了国内空白，总体技术达到国内领先水平。③中科曙光，代表的 Xmachine GPU 服务器和 Sothis AI 人工智能平台，面向金融人工智能应用，提供定制化开发产品及服务。从芯片、板卡、整机、平台、开发架构上，全面支撑金融机构的人工智能应用，提高金融服务器性能，控制金融风险。二、存储芯片——投资大、门槛高，需要国家大力支持如同钢铁、石油是工业时代的“粮食”一样，存储芯片是半导体产业发展最重要的“粮食”。计算机中的全部信息，包括输入的原始数据、计算机程序、中间运行结果和最终运行结果都保存在存储器中。以断电后存储数据是否丢失为标准，半导体存储芯片可分两类：一类是非易失性存储器，这一类存储器断电后数据能够存储，主要以NAND Flash为代表，常见于SSD（固态硬盘)；另一类是易失性存储器，这一类存储器断电后数据不能储存，主要以DRAM为代表，常用于电脑、手机内存。除了NAND Flash和 DRAM，还包含NorFlash，容量比较小，一般是64Mb以下，用于存储一些驱动电路的算法和代码之类，用于手机，汽车电子，工业控制等领域。从产值构成来看，DRAM、NAND Flash、NOR Flash 是存储器产业的核心部分。这缘于一方面性能不断提升的手机操作系统及日益丰富的应用软件极大地依赖于手机嵌入式闪存的容量；另一方面，万物互联等新技术的涌现推动数据量的急速膨胀。1、DRAMDRAM（Dynamic Random Access Memory），即动态随机存取记忆体，是最常见的存储器，只能将数据保持很短的时间，最常见的应用是PC中的内存。为了保持数据，使用电容存储，所以必须隔一段时间刷新一次，如果存储单元没有被刷新，存储的信息就会丢失。从行业上看，早期计算机应用占了整个DRAM产业高达 90%份额， 2016年开始伴随大容量智能手机崛起，智能手机逐渐取代PC成为DRAM 产业的主流，同时云服务器 DRAM 需求涌现的带动是功不可没的推手，包括 Facebook、 Google、 Amazon、腾讯、阿里巴巴等不断扩充网路存储系统，对于云存储、云计算需求的提升，都带动服务器DRAM需求起飞，目前 DRAM 行业一直被美韩三大存储器公司垄断,三星、海力士、美光占据了全球市场的95%以上。对于国企企业来说，DRAM所需行业投资巨大，门槛高，需要国家大力扶持，目前国内三大存储芯片项目合肥长鑫、福建晋华和长江存储成为存储芯片国产替代的希望。2、NAND FlashNAND Flash 是 Flash 存储器中最重要的一种。NAND Flash 存储器具有容量较大，改写速度快等优点，适用于大量数据的存储，最常应用于固态硬盘中。NAND Flash内部依靠存储颗粒实现存储，里面存放数据的最小单位叫cell。从工艺上看，NAND Flash可以分为2D工艺和3D工艺，传统的2D工艺类似于“一张纸”，但“一张纸”的容量是有瓶颈的，三星、英特尔、美光、东芝四家闪存大厂为了满足大容量终端需求，均开始研发多层闪存（3D NAND Flash），英特尔和美光引入市场的3DXpoint是自NAND Flash推出以来，最具突破性的一项存储技术，它通过单层存储器堆叠突破了2D NAND存储芯片容量的极限，大幅提升了存储器容量，因此技术3D NAND具备了四个优势：一是比2D NAND Flash快1,000倍；二是成本只有DRAM的一半；三是使用寿命是2D NAND的1,000倍；四是密度是传统存储的10倍。除了传统存储巨头三星电子、 SK 海力士、美光科技，东芝和西部数据也是 NAND Flash 领域不可忽视的重要力量。同DRAM一样，国内企业仍需国家配套政策和资金的大力支持。3、存储芯片格局——海外巨头继续垄断，国内企业可从细分市场切入整体上来看，DRAM 和 NAND Flash 占据了存储芯片市场96%以上的份额，NOR Flash由于存储容量小，应用领域偏重于代码存储，在消费级存储应用上已出现被NAND闪存替代的趋势，目前仅应用于功能性手机，机顶盒、网络设备、工业生产线控制上。公司层面，由于未来以DRAM和NAND Flash为主导的存储器行业趋势仍将延续，海外存储器巨头三星电子、SK海力士、美光科技、西部数据、东芝会继续控制中高端存储器市场，未来仍将继续角逐存储器行业。我国在存储芯片上的进口总额高达880亿美元，对外依赖度超过90%，DRAM、NAND自给率几乎为零。我国已开始大力发展国产存储芯片，目前我国逐步形成了紫光集团与武汉、南京及成都合作展开的NAND与DRAM项目（长江存储），兆易创新与合肥合作的DRAM项目（合肥长鑫），联电与福建省合作的DRAM项目（福建晋华）三大存储项目。DRAM主流消费市场虽然庞大，但前行阻力与压力也极大，国内企业可通过细分市场切入，实现研发、生产的积淀后再弯道超车成为不少国产存储芯片企业的选择，例如东芯半导体就将目标瞄准了中小容量存储芯片市场。新一代万亿蓝海物联网设备需要大量的数据存储和传输，中小容量存储芯片将更合适物联网发展的需要。目前全球NAND闪存行业正处在2D到3D的过渡期，几大巨头都将重点放在了3D的比拼上，存储巨头将逐步放弃中小容量存储芯片市场。物联网和智能终端的快速发展将不断扩大对中小容量存储芯片的需求。行业格局的演变，为东芯这样专注中小容量存储芯片的半导体公司创造了历史性的发展机遇。4、存储主控芯片也是国内创业企业的切入点SSD硬盘、U盘等存储硬件的结构通常包括PCB（含供电电路）、NAND闪存、主控芯片、接口等。主控芯片相当于硬盘的CPU，起着至关重要的作用。主控芯片设计有成熟的ARM内核、DDR物理层等IP授权可用，研发难度大大降低，所以主控芯片成为国内创企的切入点，有望打破国外企业垄断。目前世界上SSD主控芯片公司主要来自美国及台湾地区，Marvell是美系主控的代表，台湾则以群联Phision、SMI为代表。从2015年以来，国内厂商也陆续加大存储市场的投资，不少厂商就选择了SSD主控作为突破口，再加上国内半导体基金对存储芯片的扶植，国产主控企业开始崭露头角。比较知名的就有江波龙、国科微、忆芯、华澜微电子，还有偏重军工、企业级市场的中勃、一方信息等公司，另外还有台系厂商在大陆设立的子公司，比如群联就在合肥成立了兆芯科技，杭州联芸科技也有台资参与。总的来说，国内布局SSD主控芯片的公司就不少于10家，数量上已经超越美国、台湾地区的公司。不过国内公司在主控芯片领域依然是新兴力量。图文系网络转载，版权归原作者所有。不代表本公众号观点，如涉及作品版权问题，请与我们联系，我们将在第一时间协商版权问题或删除内容！原标题：《芯片全景图和国产数字芯片的机会》特别声明本文为澎湃号作者或机构在澎湃新闻上传并发布，仅代表该作者或机构观点，不代表澎湃新闻的观点或立场，澎湃新闻仅提供信息发布平台。申请澎湃号请用电脑访问http://renzheng.thepaper.cn。+1收藏我要举报查看更多查看更多开始答题扫码下载澎湃新闻客户端Android版iPhone版iPad版关于澎湃加入澎湃联系我们广告合作法律声明隐私政策澎湃矩阵澎湃新闻微博澎湃新闻公众号澎湃新闻抖音号IP 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数字芯片设计入门？ - 知乎

数字芯片设计入门？ - 知乎首页知乎知学堂发现等你来答切换模式登录/注册中央处理器 (CPU)电路芯片（集成电路）数字集成电路芯片设计数字芯片设计入门？本人本科嵌入式专业，学过verilog HDL,现在想转数字芯片设计。求业内人士介绍一下这个行业或者推荐一些书、论坛关注者992被浏览264,157关注问题写回答邀请回答好问题 293 条评论分享41 个回答默认排序lawliet就业和读研问题请走付费咨询，技术细节问题请在评论区讨论。关注偶然发现了一门不错的课程，UCSD的ECE111。这门课最后开设是在2019的Winter学期，距今也没有太长时间。课程讲授的内容非常适合EE/CS专业的学生入门芯片设计。该课程主要介绍了基于SV的数字芯片设计，这门课还有几个Project作业，主要围绕Bitcoin相关展开。本人打算开个新坑，将这门课的slides进行讲解，并附上自己工作学习过程中的一些设计思路和经验。同时会补充相关的Project练习。通过学习这门课程，预计可以达到找一份数字IC设计实习的水平，所以麻烦各位多多支持。接下来回到这门课，该课程的网站为这门课的课程目标是学会基于Verilog的数字芯片设计。实际上这门课主要使用的是SystemVerilog（后面简称SV），SV可以看作是Verilog的超集（实际上用作设计的话，SV相较于Verilog增加的东西并不算多）。SV文件以.sv结尾，区别于Verilog的.v结尾。然后大致花了四五页的时间介绍了为什么要学习SV（目前主流的数字芯片设计都是基于Verilog或SV，数字芯片工程师吃饭必备的东西）。然后介绍了一下本节课最终要实现的Project。个人觉得这份Project难度低于很多大作业布置的四/五级流水线CPU设计，对新手比较友好，在后续文章中我将讲解如何一步一步设计该Project。接下来介绍了一下使用的开发工具，该课程官方使用的是Questasim。本人在后续将会使用vcs和Verdi工具，还会附带着讲解一些常用的脚本如bash/Makefile使用（大部分公司都是这套开发工具）。然后介绍了一下推荐书籍，这里推荐Harris老师的Digitial Design and Computer Architecture，神书。现在让我们开始进入干货！！！理解SV语言既是一种“综合”语言又是一种“仿真”语言是非常重要的。所谓的综合即从代码映射到真实的逻辑电路，能够综合的语法只占SV的一小部分，这也是我们要重点掌握的。除此之外SV主要用于验证，这一部分涉及的语法较多，不在本课程讨论的重点。对于没学过Verilog或SV的同学来说，刚刚学习该语言的时候，可能会觉得很像C语言，但大家要理解，Verilog/SV是一门硬件描述语言（暂时不考虑验证），也就是对实际的电路进行描述。与传统的软件语言的设计思维完全不同。所以大家在学习这门课的时候，要有意识的“think in hardware"。接下来的文章我也会强调这点。module是Verilog/SV中最基本的单元，也就是俗称的模块。模块可大可小，小到一个门电路，大到一个SoC，都可以是一个Module。需要注意的是，在绝大多数情况下，一个.v/sv文件通常只包含一个Module。上图的Module描述了一个逻辑电路。输入为a,b,c三根线，输出为y这根线。上述的逻辑运算定义了y和a,b,c之间的关系。经过综合，该代码会变成如图所示的门电路（大家在做设计的时候，写RTL代码实际上就是去描述这样的逻辑电路）。上图为一些语法相关的注意事项，比如该语言是区分大小写的、不能以数字开头、空白会被忽略以及如何写注释。然后讲解了一下结构层次的概念。可以看到，在nand3这个模块中，调用了and3和inv这两个模块（也就是一个模块中可以包含子模块），这一点很好理解（一个大模块由若干个小模块组成）。需要注意的是，在nand3这个模块中需要定义n1这个内部变量，用来连接and3和inv两个模块。读者朋友有兴趣可以动手画一下，实际上就是一个与逻辑跟了一个反相器。然后讲解了一下按位操作符。单个的& | ^等信号代表各个比特之间互相运算。比如a&b就是a[0]与b[0]，a[1]与b[1]相与。输出的比特与输入的比特一致（在使用该运算符，应该保证两个变量之间比特长度相等，否则可能会有意想不到的错误）。该逻辑综合的电路如图所示，非常直观。然后讲解了一下规约运算符，该运算符等价于各个比特之间做运算，直接看图即可。然后讲解了一下三目条件运算符，三目运算符和C语言中的三目运算符基本类似。满足则选择前者。综合成实际电路的话是一个MUX逻辑（选择器）。最后讲解了一下运算优先级，说实话，本人也不记得这么多。建议大家多用括号，来确保逻辑与自己的预期相一致。上面的内容就是第一节课的Slides。大家学习的时候最好手上备一本数电书，再次推荐Harris老师的《数字设计和计算机体系结构》。第十二节已更新，所有Slides已更新完毕！建议刚入门数字芯片设计的朋友，可以去牛客网上多刷刷题，上面有专门针对Verilog篇整理出来的题库，新手和进阶者都有对应练习，题库涉及的题目还是很全面的，而且用起来也很方便。编辑于 2023-03-29 14:46赞同 37721 条评论分享收藏喜欢收起温戈中央处理器 (CPU)等 2 个话题下的优秀答主关注Verilog是硬件电路描述语言，会了硬件描述语言就可以设计硬件电路了。但是会写Verilog还远远不够的，建议接下来去自己写一些module，比如加法器，状态机，fifo等，然后自己再写test bench 去验证自己的模块。多写多练，在知道自己写的Verilog对应的硬件电路是什么样的，也就是所谓的人脑综合。在做这些的同时，相信你也学习使用了Linux系统，Verdi、KDE等EDA工具，这些都是以后职业发展必不可少的。除了RTL设计，后面还有验证，架构，综合，DFT，P&R, 测试等，每一块的理论与实践都有足够的深度。在自己选定了数字芯片设计的方向后可以继续深耕其中的某一个领域。下图是我总结的数字IC设计的知识技能树，可以看到verilog只是其中的一小部分。其余的知识可以自己再一点点建立起来，这也是数字IC成长的必经之路。数字芯片设计经典书籍推荐：数字IC设计必备网站、论坛、公众号：最后欢迎关注我的专栏，持续分享数字IC设计相关知识：发布于 2020-09-08 15:00赞同 1311 条评论分享收藏喜欢

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片_百度百科网页新闻贴吧知道网盘图片视频地图文库资讯采购百科百度首页登录注册进入词条全站搜索帮助首页秒懂百科特色百科知识专题加入百科百科团队权威合作下载百科APP个人中心DSP芯片播报讨论上传视频数字信号处理技术收藏查看我的收藏0有用+10本词条由“科普中国”科学百科词条编写与应用工作项目审核。DSP（Digital Signal Processing）即数字信号处理技术，DSP芯片即指能够实现数字信号处理技术的芯片。DSP芯片的内部采用程序和数据分开的哈佛结构，具有专门的硬件乘法器，广泛采用流水线操作，提供特殊的DSP指令，可以用来快速的实现各种数字信号处理算法。中文名DSP芯片外文名Digital Signal Process基本结构哈佛结构主要特点可以并行执行多个操作领域工程技术学科控制学科目录1产品特点2产品分类3优点缺点▪优点▪缺点4产品应用5相关术语6常用芯片产品特点播报编辑根据数字信号处理的要求，DSP芯片一般具有如下的一些主要特点：（1）在一个指令周期内可完成一次乘法和一次加法。（2）程序和数据空间分开，可以同时访问指令和数据。（3）片内具有快速RAM，通常可通过独立的数据总线在两块中同时访问。（4）具有低开销或无开销循环及跳转的硬件支持。（5）快速的中断处理和硬件I/O支持。（6）具有在单周期内操作的多个硬件地址产生器。（7）可以并行执行多个操作。（8）支持流水线操作，使取指、译码和执行等操作可以重叠执行。与通用微处理器相比，DSP芯片的其他通用功能相对较弱些。 [1]产品分类播报编辑DSP芯片可以按照下列三种方式进行分类。1．按基础特性分这是根据DSP芯片的工作时钟和指令类型来分类的。如果在某时钟频率范围内的任何时钟频率上，DSP芯片都能正常工作，除计算速度有变化外，没有性能的下降，这类DSP芯片一般称为静态DSP芯片。例如，日本OKI 电气公司的DSP芯片、TI公司的TMS320C2XX系列芯片属于这一类。如果有两种或两种以上的DSP芯片，它们的指令集和相应的机器代码机管脚结构相互兼容，则这类DSP芯片称为一致性DSP芯片。例如，美国TI公司的TMS320C54X就属于这一类。2．按数据格式分这是根据DSP芯片工作的数据格式来分类的。数据以定点格式工作的DSP芯片称为定点DSP芯片，如TI公司的TMS320C1X/C2X、TMS320C2XX/C5X、TMS320C54X/C62XX系列，AD公司的ADSP21XX系列，AT&T公司的DSP16/16A，Motolora公司的MC56000等。以浮点格式工作的称为浮点DSP芯片，如TI公司的TMS320C3X/C4X/C8X，AD公司的ADSP21XXX系列，AT&T公司的DSP32/32C，Motolora公司的MC96002等。不同浮点DSP芯片所采用的浮点格式不完全一样，有的DSP芯片采用自定义的浮点格式，如TMS320C3X，而有的DSP芯片则采用IEEE的标准浮点格式，如Motorola公司的MC96002、FUJITSU公司的MB86232和ZORAN公司的ZR35325等。3．按用途分按照DSP的用途来分，可分为通用型DSP芯片和专用型DSP芯片。通用型DSP芯片适合普通的DSP应用，如TI公司的一系列DSP芯片属于通用型DSP芯片。专用DSP芯片是为特定的DSP运算而设计的，更适合特殊的运算，如数字滤波、卷积和FFT，如Motorola公司的DSP56200，Zoran公司的ZR34881，Inmos公司的IMSA100等就属于专用型DSP芯片。优点缺点播报编辑优点大规模集成性稳定性好，精度高可编程性高速性能可嵌入性接口和集成方便缺点成本较高高频时钟的高频干扰功率消耗较大等 [1]产品应用播报编辑DSP芯片广泛应用于数字控制、运动控制方面的应用主要有磁盘驱动控制、引擎控制、激光打印机控制、喷绘机控制、马达控制、电力系统控制、机器人控制、高精度伺服系统控制、数控机床等。面向低功耗、手持设备、无线终端的应用主要有：手机、PDA、GPS、数传电台等。数字信号处理数字滤波器数字滤波器的实用型式很多，大略可分为有限冲激响应型和无限冲激响应型两类，可用硬件和软件两种方式实现。在硬件实现方式中，它由加法器、乘法器等单元所组成，这与电阻器、电感器和电容器所构成的模拟滤波器完全不同。数字信号处理系统很容易用数字集成电路制成，显示出体积小、稳定性高、可程控等优点。数字滤波器也可以用软件实现。软件实现方法是借助于通用数字计算机按滤波器的设计算法编出程序进行数字滤波计算。数字信号处理傅里叶变换1965年J.W.库利和T.W.图基首先提出离散傅里叶变换的快速算法，简称快速傅里叶变换，以FFT表示。自有了快速算法以后,离散傅里叶变换的运算次数大为减少，使数字信号处理的实现成为可能。快速傅里叶变换还可用来进行一系列有关的快速运算，如相关、褶积、功率谱等运算。快速傅里叶变换可做成专用设备，也可以通过软件实现。与快速傅里叶变换相似，其他形式的变换，如沃尔什变换、数论变换等也可有其快速算法。数字信号处理谱分析在频域中描述信号特性的一种分析方法，不仅可用于确定性信号，也可用于随机性信号。所谓确定性信号可用既定的时间函数来表示，它在任何时刻的值是确定的；随机信号则不具有这样的特性，它在某一时刻的值是随机的。因此，随机信号处理只能根据随机过程理论，利用统计方法来进行分析和处理，如经常利用均值、均方值、方差、相关函数、功率谱密度函数等统计量来描述随机过程的特征或随机信号的特性。实际上，经常遇到的随机过程多是平稳随机过程而且是各态历经的，因而它的样本函数集平均可以根据某一个样本函数的时间平均来确定。平稳随机信号本身虽仍是不确定的，但它的相关函数却是确定的。在均值为零时,它的相关函数的傅里叶变换或Z变换恰恰可以表示为随机信号的功率谱密度函数，一般简称为功率谱。这一特性十分重要，这样就可以利用快速变换算法进行计算和处理。在实际中观测到的数据是有限的。这就需要利用一些估计的方法，根据有限的实测数据估计出整个信号的功率谱。针对不同的要求，如减小谱分析的偏差，减小对噪声的灵敏程度，提高谱分辨率等。已提出许多不同的谱估计方法。在线性估计方法中，有周期图法，相关法和协方差法；在非线性估计方法中,有最大似然法,最大熵法，自回归滑动平均信号模型法等。谱分析和谱估计仍在研究和发展中。数字信号处理的应用领域十分广泛。就所获取信号的来源而言，有通信信号的处理，雷达信号的处理，遥感信号的处理，控制信号的处理，生物医学信号的处理，地球物理信号的处理，振动信号的处理等。若以所处理信号的特点来讲，又可分为语音信号处理，图像信号处理，一维信号处理和多维信号处理等。数字信号处理语音信号处理语音信号处理是信号处理中的重要分支之一。它包括的主要方面有：语音的识别，语言的理解，语音的合成,语音的增强,语音的数据压缩等。各种应用均有其特殊问题。语音识别是将待识别的语音信号的特征参数即时地提取出来，与已知的语音样本进行匹配，从而判定出待识别语音信号的音素属性。关于语音识别方法，有统计模式语音识别，结构和语句模式语音识别，利用这些方法可以得到共振峰频率、音调、嗓音、噪声等重要参数，语音理解是人和计算机用自然语言对话的理论和技术基础。语音合成的主要目的是使计算机能够讲话。为此，首先需要研究清楚在发音时语音特征参数随时间的变化规律，然后利用适当的方法模拟发音的过程，合成为语言。其他有关语言处理问题也各有其特点。语音信号处理是发展智能计算机和智能机器人的基础，是制造声码器的依据。语音信号处理是迅速发展中的一项信号处理技术。数字信号处理图像信号处理图像信号处理的应用已渗透到各个科学技术领域。譬如，图像处理技术可用于研究粒子的运动轨迹、生物细胞的结构、地貌的状态、气象云图的分析、宇宙星体的构成等。在图像处理的实际应用中,获得较大成果的有遥感图像处理技术、断层成像技术、计算机视觉技术和景物分析技术等。根据图像信号处理的应用特点，处理技术大体可分为图像增强、恢复、分割、识别、编码和重建等几个方面。这些处理技术各具特点，且正在迅速发展中。数字信号处理振动信号处理机械振动信号的分析与处理技术已应用于汽车、飞机、船只、机械设备、房屋建筑、水坝设计等方面的研究和生产中。振动信号处理的基本原理是在测试体上加一激振力，做为输入信号。在测量点上监测输出信号。输出信号与输入信号之比称为由测试体所构成的系统的传递函数（或称转移函数）。根据得到的传递函数进行所谓模态参数识别，从而计算出系统的模态刚度、模态阻尼等主要参数。这样就建立起系统的数学模型。进而可以做出结构的动态优化设计。这些工作均可利用数字处理器来进行。这种分析和处理方法一般称为模态分析。实质上，它就是信号处理在振动工程中所采用的一种特殊方法。数字信号处理地球物理处理为了勘探地下深处所储藏的石油和天然气以及其他矿藏，通常采用地震勘探方法来探测地层结构和岩性。这种方法的基本原理是在一选定的地点施加人为的激震，如用爆炸方法产生一振动波向地下传播,遇到地层分界面即产生反射波,在距离振源一定远的地方放置一列感受器，接收到达地面的反射波。从反射波的延迟时间和强度来判断地层的深度和结构。感受器所接收到的地震记录是比较复杂的，需要处理才能进行地质解释。处理的方法很多，有反褶积法，同态滤波法等，这是一个尚在努力研究的问题。数字信号处理生物医学处理信号处理在生物医学方面主要是用来辅助生物医学基础理论的研究和用于诊断检查和监护。例如，用于细胞学、脑神经学、心血管学、遗传学等方面的基础理论研究。人的脑神经系统由约 100亿个神经细胞所组成，是一个十分复杂而庞大的信息处理系统。在这个处理系统中，信息的传输与处理是并列进行的，并具有特殊的功能，即使系统的某一部分发生障碍，其他部分仍能工作，这是计算机所做不到的。因此，关于人脑的信息处理模型的研究就成为基础理论研究的重要课题。此外，神经细胞模型的研究，染色体功能的研究等等，都可借助于信号处理的原理和技术来进行。信号处理用于诊断检查较为成功的实例，有脑电或心电的自动分析系统、断层成像技术等。断层成像技术是诊断学领域中的重大发明。X射线断层的基本原理是X射线穿过被观测物体后构成物体的二维投影。接收器接收后，再经过恢复或重建，即可在一系列的不同方位计算出二维投影,经过运算处理即取得实体的断层信息,从而大屏幕上得到断层造像。信号处理在生物医学方面的应用正处于迅速发展阶段。数字信号处理在其他方面还有多种用途，如雷达信号处理、地学信号处理等，它们虽各有其特殊要求，但所利用的基本技术大致相同。在这些方面，数字信号处理技术起着主要的作用。相关术语播报编辑· 指令周期：即执行一条指令所需的时间· TMS320VC5402－100，100MHz，10ns· MAC时间：即一次乘法加上一次加法的时间· FFT执行时间：即运行一个N点FFT程序所需的时间· MIPS：即每秒执行百万条指令， TMS320VC5402－100，100MIPS· MOPS：即每秒执行百万次操作· MFLOPS：即每秒执行百万次浮点操作· BOPS：即每秒执行十亿次操作常用芯片播报编辑1)电源： TPS73HD3xx，TPS7333，TPS56100，PT64xx2)Flash： AM29F400，AM29LV400，SST39VF4003)SRAM： CY7C1021，CY7C1009，CY7C10494)FIFO： CY7C425，CY7C42x55)Dual port： CY7C136，CY7C133，CY7C13426)SBSRAM： CY7C1329，CY7C13397)SDRAM： HY57V651620BTC8)CPLD： CY37000系列，CY38000系列，CY39000系列9)PCI： PCI2040，CY7C0944910)USB： AN21xx，CY7C68xxx11)Codec：TLV320AIC23，TLV320AIC1012)A/D,D/A：ADS7805，TLV2543.新手上路成长任务编辑入门编辑规则本人编辑我有疑问内容质疑在线客服官方贴吧意见反馈投诉建议举报不良信息未通过词条申诉投诉侵权信息封禁查询与解封©2024 Baidu 使用百度前必读 | 百科协议 | 隐私政策 | 百度百科合作平台 | 京ICP证030173号京公网安备110000020000

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中国数字芯片行业发展现状、主要产业政策分析及全景产业链分析

2022-07-29 10:23:35　来源: 华经产业研究院

湖南

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原文标题：2021年全球数字芯片（数字电路）现状分析，微处理器需求持续增长, MCU广泛应用「图」一、数字芯片产业概述及定义1、定义集成电路按照不同特性可分为模拟电路和数字电路，其中模拟芯片追求卓越的性能，数字芯片追求更小的面积、更低的功耗和更快的速度（比如PC越来越薄、待机时间更长、主频更高不卡顿）。数字电路相较集成电路生命周期较短，产品迭代更新更快，占比总集成电路市场份额超8成。集成电路分类及对比资料来源：公开资料整理2、分类状况集成电路可划分为模拟电路和数字电路（数字芯片），数字电路可细分为逻辑芯片、微处理器和存储芯片，逻辑芯片包括CPU、GPU等，微处理器包括MCU和MPU等，存储芯片包括DRAM和NOR等，其中逻辑芯片的CPU和GPU等为主要组成部分，占比较高。数字电路分类状况资料来源：公开资料整理3、技术流程在设计师拿到具体需求之后，首先根据具体需求定义相关的功能模块与规格，从架构层面上设计能满足特定需求的功能，之后实现相应的设计；其次进行逻辑综合，这一阶段主要是将更高层级的描述转化为门级网表，之后再进行DFT测试并进行物理层面的设计，在工艺、功耗等环节签核完毕之后，EDA的设计工作基本已经完成，可以进入具体的封装与测试阶段。数字电路设计流程资料来源：芯华章，华经产业研究院整理二、政策背景全球集成电路稳步发展背景下，中国集成电路行业贸易逆差大，国产化箭在弦上。从2010年到2020年，我国在集成电路相关行业的贸易长期处于不利地位。针对我国集成电路产业的弱势，国家出台了一系列相关政策扶持我国集成电路产业，促进集成电路产业的国产化近年来中国集成电路政策资料来源：公开资料整理三、数字芯片产业链影响分析1、产业链集成电路产业链上中下游紧密联动，上游主要包括半导体IP，EDA，半导体材料和半导体设备，其中EDA是数字芯片设计核心软件，是产业链快速发展的撬动者；中游主要是集成电路的设计、制造和封装测试等；下游应用行业广泛，包括数据处理，汽车电子、消费电子、物联网和计算机等。集成电路产业链简图资料来源：公开资料整理2、上游端：EDA集中度高EDA是数字芯片设计与生产的核心，是衔接数字电路设计、制造和封测的关键纽带，对行业生产效率、产品技术水平有重要影响。行业内部公司分为三梯队，第一梯队的Synopsys、Cadence和SiemensEDA拥有较完整的全流程产品，垄断了全球超过70%的市场份额，收入规模及产品完整度远超后两梯队的企业。2020年全球EDA市场格局结构占比情况资料来源：公开资料整理3、下游端数字芯片应用相对集中，主要包括PC和数据中心等，其中PC客户端需求占比超5成，整体PC出货量对数字芯片需求影响最大。根据数据，2012年随着个人电脑需求渐趋饱和，一度在2018年降至2.58亿台，随着东南亚、印度等发展中国家个人电脑需求持续回升，2020-2021年疫情背景叠加全球线上办公需求上涨，个人电脑需求快速上涨，2021年达3.49亿台，同比2020年增长14.8%亿台。数字芯片下游结构占比情况资料来源：公开资料整理2012-2021年全球PC出货量及增长率资料来源：IDC，华经产业研究院整理汽车持续向着电动化、智能化趋势发展，自动驾驶层级持续推进，新能源汽车渗透率快速提高，截止2022年上半年，国内新能源汽车渗透率已达21.6%，带动汽车电子产业快速扩张，汽车芯片需求快速增长，随着零部件智能化、电动化推进，预计短期内芯片需求将呈现爆发式增长。2014-2022年6月中国新能源汽车销量及渗透率情况资料来源：中汽协，华经产业研究院整理四、数字芯片市场规模1、市场规模电子信息技术快速扩张，作为半导体核心技术产业的集成电路表现为稳步增长趋势，同时随着芯片工艺进程持续发展，目前三星已达到3nm量产水平，全球数字电路稳步增长，2019受下游手机和汽车消费下降影响，市场规模下滑，随后中国新能源汽车快速增长，带动需求回升，2021年整体市场规模增长27.3%，达到3889亿美元，分别占比集成电路和半导体市场规模的84%和70%左右。2017-2021年全球数字电路市场规模及增长率资料来源：WSTS，华经产业研究院整理2、市场结构就数字芯片市场结构而言，数字电路（数字芯片）分为微处理器、逻辑芯片和存储芯片，数字电路储存芯片和逻辑芯片占比较高，领域微处理器发展迅速，MCU在物联网、汽车电子领域广泛应用。数据显示2021年市场规模分别为802.21亿、1548.37亿和1538.38亿美元，占数字电路比重分别为20.6%、39.8%和39.6%。2021年全球数字电路市场结构占比情况资料来源：WSTS，华经产业研究院整理五、数字电路竞争格局就集成电路设计方面，全球市场主要被高通、博通、英伟达和联发科等占据，，国产化亟待推进。随着政策和需求推进，华为海思半导体，豪威集团、智芯微电子、格科微、士兰微、兆易创新等已成为国内先进企业。就集成电路封测方面，2020年全球前十大半导体封测厂商中，日月光蝉联榜首，市占率约30.11%，安靠（14.62%）位居第二，中国大陆厂商长电科技、通富微电和华天科技分别位列三、五、六名，合计份额达20.94%，国内半导体封测产业话语权整体日渐增强。2020年全球主要集成电路封测厂商占比情况资料来源：Chip Insight，华经产业研究院整理六、数字电路前景模拟芯片强调高可靠性、低失真和低功耗等，芯片使用时间能够长达10年。数字集成电路强调运算速度与成本比，必须不断采用新设计或新工艺，而模拟集成电路强调可靠性和稳定性，一经量产往往具备长久生命力。以国际龙头公司ADI为例，其约50%左右收入是来自于10年及以上产品贡献的。数字集成电路目前量产工艺制程已达3nm，每提升1nm整体性能提升近30%，随着数字电路持续技术更新，产业量价齐升，规模持续扩张。原文标题：2021年全球数字芯片（数字电路）现状分析，微处理器需求持续增长, MCU广泛应用「图」华经产业研究院对数字芯片行业发展现状、行业上下游产业链、竞争格局及重点企业等进行了深入剖析，最大限度地降低企业投资风险与经营成本，提高企业竞争力；并运用多种数据分析技术，对行业发展趋势进行预测，以便企业能及时抢占市场先机；更多详细内容，请关注华经产业研究院出版的《2022-2027年中国数字芯片市场全景评估及投资规划建议报告》。

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