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5个层级带你看清一颗芯片的内部结构
2022-08-13 00:53
本文摘要:在我们阐述半导体芯片之前,我们再行应当理解两点。其一半导体是什么,其二芯片是什么。半导体半导体(semiconductor),指常温下导电性能介于绝缘体(insulator)与导体(conductor)之间的材料。人们一般来说把导电性劣的材料,如煤、人工晶体、琥珀、陶瓷等称作绝缘体。 而把导电性较为好的金属如金、银、铜、铁、锡、铝等称作导体。与导体和绝缘体比起,半导体材料的找到是最晚的,直到20世纪30年代,当材料的制备技术改良以后,半导体才获得工业界的推崇。

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在我们阐述半导体芯片之前,我们再行应当理解两点。其一半导体是什么,其二芯片是什么。半导体半导体(semiconductor),指常温下导电性能介于绝缘体(insulator)与导体(conductor)之间的材料。人们一般来说把导电性劣的材料,如煤、人工晶体、琥珀、陶瓷等称作绝缘体。

而把导电性较为好的金属如金、银、铜、铁、锡、铝等称作导体。与导体和绝缘体比起,半导体材料的找到是最晚的,直到20世纪30年代,当材料的制备技术改良以后,半导体才获得工业界的推崇。少见的半导体材料有硅、锗、砷化镓等,而硅则是各种半导体材料中,在商业应用于上最具备影响力的一种。

芯片芯片(chip),又称微芯片(microchip)、集成电路(integratedcircuit,IC)。是指含有集成电路的硅片,体积较小。

一般而言,芯片(IC)泛指所有的半导体元器件,是在硅板上子集多种电子元器件构建某种特定功能的电路模块。它是电子设备中最重要的部分,分担着运算和存储的功能。

普遍应用于军工、民用等完全所有的电子设备。谈到这里你大约对于半导体和芯片有个非常简单理解了,接下来我们来聊聊半导体芯片。半导体芯片是什么?一般情况下,半导体、集成电路、芯片这三个东东是可以划等号的,因为谈的只不过是同一个事情。

半导体是一种材料,分成表格中四类,由于集成电路的占比十分低,多达80%,行业习惯把半导体行业称作集成电路行业。而芯片就是集成电路的载体,广义上我们就将芯片等同于了集成电路。所以对于小白来说,只必须忘记,当芯片、集成电路、半导体经常出现的时候,别慌,是同一码事儿。半导体芯片内部结构半导体芯片虽然个头较小。

但是内部结构非常复杂,特别是在是其最核心的微型单元——成千上万个晶体管。我们就来为大家编撰一下半导体芯片集成电路的内部结构。一般的,我们用从大到小的结构层级来了解集成电路,这样不会更佳解读。(1)系统级我们还是以手机为事例,整个手机是一个简单的电路系统,它可以玩游戏、可以打电话、可以听音乐、可以哔--。

它的内部结构是由多个半导体芯片以及电阻、电感、电容相互连接构成的,称作系统级。(当然,随着技术的发展,将一整个系统做到在一个芯片上的技术也早已经常出现多年——SoC技术)(2)模块级在整个系统中分成很多功能模块各司其职。有的管理电源,有的负责管理通信,有的负责管理表明,有的负责管理倾听,有的负责管理统率全局的计算出来,等等。

我们称作模块级。这里面每一个模块都是一个宏伟的领域,都挤满着无数人类智慧的结晶,也养活了很多公司。

(3)寄存器传输级(RTL)那么每个模块都是由什么构成的呢?以占到整个系统较小比例的数字电路模块(它专门负责管理展开逻辑运算,处置的电信号都是线性的0和1)为事例。它是由寄存器和人组逻辑电路构成的。寄存器是一个需要继续存储逻辑值的电路结构,它必须一个时钟信号来掌控逻辑值存储的时间长短。

实际应用于中,我们必须时钟来取决于时间长短,电路中也必须时钟信号来统筹安排。时钟信号是一个周期平稳的矩形波。现实中秒钟一动一下是我们的一个基本时间尺度,电路中矩形波波动一个周期是它们世界的一个时间尺度。电路元件们根据这个时间尺度适当地作出动作,履行义务。

什么是人组逻辑呢,就是由很多“与(AND)、或(OR)、非(NOT)”逻辑门包含的人组。比如两个串联的灯泡,各带上一个电源,只有两个电源都关上,灯才不会暗,这叫作与逻辑。一个简单的功能模块正是由这许许多多的寄存器和人组逻辑构成的。

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把这一层级叫作寄存器传输级。(4)门级寄存器传输级中的寄存器只不过也是由与或非逻辑包含的,把它再行细分为与、或、非逻辑,之后抵达了门级(它们就像一扇扇门一样,挡住/容许电信号的出入,因而故名)。(5)晶体管级无论是数字电路还是仿真电路,到最底层都是晶体管级了。所有的逻辑门(与、或、非、与非、或非、密文、同或等等)都是由一个个晶体管包含的。

因此集成电路从宏观到微观,超过最底层,满眼望见只不过仅有是晶体管以及相连它们的导线。


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