ic芯片:芯片科普

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2023-03-0602:27:35 评论 7

芯片种类越多,功能越强大,人们就越好奇:芯片是如何穿越荆棘,抛光棱角来到我们面前的?

芯片设计、芯片制造(晶圆加工)、芯片包装、芯片测试是芯片从零开始的唯一途径。(一般情况下,芯片封装和测试称为芯片封装测试。)

然而,芯片产业链中不仅有这四个环节,还有四个非常重要的支持环节:EDA工具、IP支持、生产设备和生产原材料IC行业中不可缺少的关键部分。

就像建造一座城堡一样,设计师在正式开工前必须进行非常详细和准确的设计。

芯片设计的第一步是在明确市场需求后,将市场需求转化为芯片的规格指标,然后形成芯片Spec,也就是说,芯片规格说明书将详细描述芯片的功能、性能、尺寸、包装、应用等。

为了使芯片有升级空间,芯片的系统规格应在架构和算法上模块化。换句话说,芯片的整体结构是结合架构和算法构建的,每个功能模块都是定义的。

下一步是使用硬件描述语言(HDL)通常用于构建功能模块Verilog来进行RTL代码设计。然后是逻辑功能的模拟验证,这是确保芯片功能和正确性的关键步骤。

芯片设计的第四步是逻辑综合。就是把RTL代码变成门级网表。在综合逻辑时,必须增加设定的约束条件,即在最终电路面积、时序等目标参数上达到标准。

芯片设计的第五步包括布局布线设计、布线验证、寄生参数提取、布线后电路生成、布线后模拟、静态时序分析。即使芯片设计部分结束,下一步也将进入制造阶段。

在IC专门从事芯片设计的行业公司通常被称为Fabless或者Design House,它们不涉及芯片加工、包装、测试等业务。高通、博通、英伟达等AMD(超威半导体)、联发科、海思、平头哥、哲库、全志等,都属于这类公司。

还有一类公司,集设计、制造、包装、测试等行业环节于一体,被称为IDM。像英特尔,三星和TI(德州仪器)属于IDM。

在硅晶圆上制作电子设备和电路。这对无尘室的制造环境要求很高,需要严格控制温度、湿度和粉尘。

各种芯片的制造过程会有所不同,但基本过程通常是在晶圆清洗后氧化和积累,然后反复进行光刻、蚀刻、膜积累和离子注入,最终在晶圆上形成电路。

晶圆完成后,还需要进行电测。每个晶圆粒都会被测试,不合格的晶圆会被标记在几个数字上。然后晶圆以晶粒为单位切割。

专业从事晶圆加工的企业统称为Foundry。台积电、联电、格芯、中芯国际、华虹都属于这一类。

目前台积电确实是晶圆加工行业Top 1.先进工艺和成熟工艺的表现有目共睹,2021年市场份额达到52%。

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晶粒和接线采用塑料或陶瓷包装,目的是为电路增加保护层,避免机械刮伤或高温损坏。

为了保证芯片生产的良率,还需要进行最终的测试。

目前,日月光、安靠、江苏长电、硅品、力成等企业在芯片封测方面做得比较好,市场份额可占70%左右。

EDA指电子设计自动化,是电路设计过程中必不可少的软件工具。华为海思、平头哥、哲库等大家都能想到的芯片设计公司intel、高通,没有任何一家公司能脱离EDA芯片设计软件。

我们通常提供EDA工具企业称之为EDA设计服务供应商。世界上最大的三个EDA设计服务供应商为:Synopsys(新思科技,美国),Cadence(楷登电子,美国),Simens EDA(原Mentor,德国)。目前国内芯片设计企业主流使用EDA这三家公司都有软件。

国产EDA企业也在不断发展。华大九天、概伦电子、广立微等企业在国内都是比较有成就的公司,在局部环节都能达到世界水平。

芯片的功能越来越多,集成度也越来越高。所以就出现了很多成熟的常用设计模块,也称为IP(Intellectual Property)模块。芯片设计通常不是从0开始的,而是基于成熟的模块,然后根据功能要求设计芯片。

这就产生了IP设计公司通过购买成熟可靠的芯片,无需设计芯片的每一个细节。IP方案可以实现特定的功能。这种开发模式缩短了芯片开发的时间,提高了芯片的性能。这就是为什么业内人士说芯片芯片IP都是买的。

目前ARM公司是IP绝对领先领域,约占市场份额的40%。

芯片制造过程极其复杂,可以达到数百个加工程序,所以对加工设备的要求很高。这些设备通常非常先进和昂贵,只有几千万美元。

大家最熟悉的应该是现在卡住我们脖子的光刻机。荷兰是世界上最大最先进的光刻机制造商ASML(阿斯麦尔)。

除了光刻机之外,还有单晶炉、抛光机、刻蚀机、划片机等设备。上海微电子、北方华创、中国电科等国内生产设备领域的代表性企业。

除制作硅棒的沙子外,生产原料。还有掩膜版、光刻胶、抛光材料、电子气体、湿电子化学品、靶材等。

江丰电子、南大光电、江化微、鼎龙、晶瑞、中环等国内材料领域较大的企业。

随着摩尔定律和技术的发展,芯片集成度越来越高,工作细分也越来越多。

芯片产业链很长,环环相扣,每个环节都需要不同的工程师角色分工合作。很多人认为芯片工程师只是搞芯片的工程师,却不知道可能要分十几个岗位。

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