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1 # 繁星落石
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2 # 魑魅涅磐
受限於人類生理層次的限制下,人類需要藉助其他外在力量來完成一些複雜的計算和統計展現等多工運算模式,在這種情況下能夠實現多種任務運算的通用型處理器出現了,這就是晶片,也就是能夠運算搭載有設計好電路的積體電路晶片。其實晶片的研發涵蓋的範圍還是比較廣的,可以說從一款晶片的初步理論探討到最終晶片成型過程中,任何涉及到晶片產業的工作都可以算是晶片研發,其中就包括了晶片的不同使用場景的晶片設計、生產、測試等環節都可以算是晶片研發。但是具體來說的話,當下的晶片研發更應該以晶片架構研發為基準,比如當下不管是蘋果手機還是安卓手機使用的手機處理器架構都來自英國的ARM,而架構也就是指ARM公司設計一個可以相容多種應用程式框架,其他廠商可以在此架構上對任意框架進行增減的晶片平臺。比如蘋果公司拿到ARM的架構後,基於ARM通用架構搭載了蘋果公司自己設計修改的高頻率運算核心單元,從而設計出一款運算速度很快的處理器晶片。簡單來說就是蘋果公司在拿到ARM的設計架構後,基於ARM架構上已經設定好的計量單位改進出了一臺馬力很大的發動機,但是整個發動機的架構依然是ARM公司設計的。或者就像是ARM公司設計一個通用的大樓地基框架結構,然後其他公司基於這個通用的基地框架自行設計是建造高樓大廈還是建造小平層或者別墅就是自己的事了。而晶片設計指的就是其他公司拿到通用的晶片架構授權後,首先是設計架構規格,然後則是進行後面的細節設計。比如華為海思拿到ARM的架構授權後,首先想好是研發一款專注高效能的處理器還是設計一款在功耗、效能、成本等方面都較為綜合的處理器規劃規格出來。在大方向確定好以後,然後再對大方向框架內的某些組成結構進行最佳化和相容修改。比如海思的麒麟處理器內部不光有資料運算的CPU,還有圖形運算的GPU和用於資料通訊的基帶和無線網絡卡等,那麼就要看看比如無線網絡卡和基帶的頻率是否符合國際通訊標準要求;再一個要提前確定好製造標準的規格高低,比如製程工藝的先進與否等。等這些大方向內的主要分類基本確定好以後,然後根據CPU運算、GPU圖形運算、基帶通訊、ISP圖形資料處理等不同使用場景進行框架分類,簡單來說這個過程就像是建造出樓房的毛坯房出來,在這個過程中則已經對臥室的數量位置、廚房等房間的位置大小等提前制定好了規格。接下來則是晶片的具體細節設計了,也就相當於新房裝修。在這個環節中主要就是根據各個不同框架之間的資料互動方式設計出相互之間聯絡互動的電路程式出來,並對這些電路程式碼進行測算以驗證其是否達到設計需求的功能實現,並在這個過程中完成晶片和外部運算程式程式碼之間的相容測試和修改工作。等測試無誤後則根據功能需求規劃出所有功能實現的電路平面圖出來,並將所有單一平面圖組成一個整體平面圖出來。其實這個過程就相當於把CPU、基帶、GPU圖形處理各自的工作流程一步一步畫出來,並把這些流程組合、堆疊到一起從而形成一個具有多個不同型別的多層結構的積體電路。在高倍數電子顯微鏡下看到晶片內部密密麻麻層層堆疊的晶片電路走向就是不同模組之間獨立和組合後的電路流程走向路線。等晶片設計完成後就進入晶片製造階段了,在進行晶片製造之前,還需要完成晶片載體晶圓的製造工作,簡單來說晶圓其實給沙子中加入高碳以氧化還原的形式將其轉化為99.99%純度以上的高精矽錠,然後將一整塊矽錠用鑽石鐳射刀片切割成一片一片非常薄的圓片並經過拋光後形成了製造晶片的承載體---晶圓。晶圓製造出來以後還不能直接進行晶片製造工作,晶片製造原始廠比如三星或者英特爾這種有自己晶片製造廠的企業或者臺積電這種第三方外包形式的晶片代工廠,在接到晶片設計廠商的晶片加工製造訂單後,會對晶片設計公司設計出來的積體電路進行包括常規和非常規等邏輯檢查,然後把晶片設計的圖紙單位轉化成機器能識別加工需要的單位,再交由晶片設計公司二次檢查無誤後,才會正式進入晶片製造環節。晶片製造簡單來說就是把一整張晶圓透過光刻機的照射在晶圓內部蝕刻出預先設計好的電路圖案出來,最後用化學物質將蝕刻圖案外層不用的雜質溶解掉,然後再在每個晶片電路之間填充用於資料交換的銅來完成不同模組晶片之間的資料互動,最後形成一個類似積木架構的多層結構的晶片架構出來。最後就是封裝測試環節了,這個環節簡單來說就是把早已蝕刻好的一整塊晶圓片切割成一塊一塊小小的晶片出來,並對這些晶片再次進行最終測試和塗膠包裝從而形成我們肉眼見到的晶片模樣。總結來說晶片研發裡面包括了晶片架構設計,同時晶片設計裡面也是包括了晶片架構最佳化和不同架構晶片之間整合的研發工作;而晶片製造主要指的是晶片從晶圓體被光刻機蝕刻成一個個可以執行軟體程式碼的晶片晶體塊;代工則指的是某些專為為其他晶片設計研發企業完成從晶片設計圖紙到成品製造任務的“第三方外包企業”,比如臺積電就是專為從事晶片代工生產的企業;而晶片的生產則包含了晶片加工、封裝、測試等環節。
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研發和設計一般是在一起的,主要是面向下一代晶片技術進行圖紙設計,但是這些都是無晶圓廠,只負責出圖紙,會在圖紙交給工廠之前進行數字驗證。這些公司的技能會集中在電路設計方向。
製造和代工是一起的,主要是負責晶片圖紙的生產,研發方向集中在半導體工藝和晶圓生產上面,並提供元件資料包給設計公司進行數字化設計,這類公司一般不負責設計晶片,精力更多集中在材料和工藝領域。
還有封測,是晶片最後一步,用於將生產出來的晶片封裝並檢驗良品率,以及最後的出產。這些公司屬於晶片製造的最下游。
產業鏈分工是因為對於單一公司來說,同時掌握全產業鏈會對企業資金流轉和研發精力投入帶來比較大的壓力,而拆分之後,各自發展各自的業務在產業發展速度上是有利的。