股市学堂:关于芯片的知识!

目前,我国芯片进口额已经超过了石油,成为第一大进口品,又恰逢中美贸易中,中兴事件打醒了中国,所以随后应该可以看到政府和企业对芯片大规模的投资,必然会涌现一批成功的芯片企业。

1、晶圆

晶圆(Wafer),是生产集成电路所用的载体,多指单晶硅圆片。

单晶硅圆片由普通硅砂拉制提炼,经过溶解、提纯、蒸馏一系列措施制成单晶晶圆硅棒,单晶硅棒经过抛光、切片之后,就成为了晶圆。晶圆是最常用的半导体材料,按其直径分为4英寸、5英寸、6英寸、8英寸等规格,近来发展出12英寸甚至研发更大规格(14英吋、15英吋、16英吋、……20英吋以上等)。晶圆越大,同一圆片上可生产的IC就越多,可降低成本。

目前我们在晶圆上和国外差距很大,目前晶圆制造方面比较先进的是上海新昇300mm(12英寸)大硅片试制成功,上海新阳持有27.56%的股份。

2、Fabless

Fabless,是Fabrication(制造)和less(无、没有)的组合,是指"没有制造业务、只专注于设计"的集成电路设计的一种运作模式,也用来指代未拥有芯片制造工厂的IC设计公司,经常被简称为"无晶圆厂"(晶圆是芯片,无晶圆即代表无芯片制造);通常说的IC design house(IC设计公司)即为Fabless。

在半导体芯片行业,企业的模式主要分三种,像英特尔这种,从设计,到制造、封装测试以及投向消费市场一条龙全包的企业,称为称为IDM(Integrated Design and Manufacture)公司。

而有的公司只做设计这块,是没有fab(工厂)的,通常就叫做Fabless。例如ARM公司、AMD、高通博通等。

还有的公司,只做代工,只有fab,不做设计,称为Foundry(代工厂),常见的台积电等。

为什么会出现fab和fabless?

早期的芯片企业都是IDM模式,比如AMD原来都是有工厂的,后来卖了,也就是现在的格罗方德;

AMD为什么卖了呢?

因为玩不起了,随着技术的进步,设备越来越先进,一个工厂的投资越来越大,AMD玩不起了,比如台积电明年试生产的5nm工厂,投资额是250亿美元,除非自己的芯片产量很大,否则连本钱都捞不回来,这就是AMD卖掉工厂的原因。这样促使Fab(代工)的繁荣,因为代工自己不设计芯片,很好的打消了Fabless的顾虑,又不必负担工厂的投资;而代工厂可以做多家芯片设计公司的生意,从而可以回收成本,比如高通、海思、苹果芯片、比特大陆都是台积电的客户;格罗方德从AMD独立后,也不必再局限于AMD,可以为多家企业生产芯片。

目前我国Fabless(芯片设计)比较强,而Fab比较弱;

芯片设计上,海思半导体的麒麟系芯片可以到达一线水平,即便我们认为不太强的展讯在低端手机上占有率也很高,甚至三星的低端机都采用展讯芯片,逼的山寨机时代牛逼哄哄的联发科不得不和它打价格战,联发科是比较悲催的,后面有展讯追,前面高端芯片比不是高通和海思;比特币矿机芯片,大陆几乎是垄断,比如比特大陆17年利润甚至过百亿。

Fab上就不太乐观了,比如中芯国际现在还在研发14nm技术,而三星和台积电目前都是7nm技术;目前代工厂主要是台积电、三星、格罗方德、联电,台积电和三星属于一线,联电和格罗方德属于二线目前12nm技术,中芯国际属于三线目前28nm技术;由于投入过大,格罗方德和联电都不研发7nm技术了,专心致志的玩落后的12nm技术,目前也就台积电和三星的7nm以及intel的10nm技术最先进。

3、MCU

微控制单元(Microcontroller Unit;MCU),又称单片微型计算机(Single Chip Microcomputer )或者单片机,是把中央处理器(Central Process Unit;CPU)的频率与规格做适当缩减,并将内存(memory)、计数器(Timer)、USB、A/D转换、UART、PLC、DMA等周边接口,甚至LCD驱动电路都整合在单一芯片上,形成芯片级的计算机,为不同的应用场合做不同组合控制。诸如手机、PC外围、遥控器,至汽车电子、工业上的步进马达、机器手臂的控制等,都可见到MCU的身影。

发展历史

单片机出现的历史并不长,但发展十分迅猛。 它的产生与发展和微处理器的产生与发展大体同步,自1971年美国Intel公司首先推出4位微处理器以来,它的发展到目前为止大致可分为5个阶段。下面以Intel公司的单片机发展为代表加以介绍。

1971-1976

单片机发展的初级阶段。 1971年11月Intel公司首先设计出集成度为2000只晶体管/片的4位微处理器Intel 4004, 并配有RAM、 ROM和移位寄存器, 构成了第一台MCS-4微处理器, 而后又推出了8位微处理器Intel 8008, 以及其它各公司相继推出的8位微处理器。

1976-1980

低性能单片机阶段。 以1976年Intel公司推出的MCS-48系列为代表, 采用将8位CPU、 8位并行I/O接口、8位定时/计数器、RAM和ROM等集成于一块半导体芯片上的单片结构, 虽然其寻址范围有限(不大于4 KB), 也没有串行I/O, RAM、 ROM容量小, 中断系统也较简单, 但功能可满足一般工业控制和智能化仪器、仪表等的需要。

1980-1983

高性能单片机阶段。 这一阶段推出的高性能8位单片机普遍带有串行口, 有多级中断处理系统, 多个16位定时器/计数器。片内RAM、 ROM的容量加大,且寻址范围可达64 KB,个别片内还带有A/D转换接口。

1983-80年代末

16位单片机阶段。 1983年Intel公司又推出了高性能的16位单片机MCS-96系列, 由于其采用了最新的制造工艺, 使芯片集成度高达12万只晶体管/片。

1990年代

单片机在集成度、功能、速度、可靠性、应用领域等全方位向更高水平发展。

按照单片机的特点,单片机的应用分为单机应用与多机应用。在一个应用系统中,只使用一片单片机称为单机应用。单片机的单机应用的范围包括:

(1) 测控系统。 用单片机可以构成各种不太复杂的工业控制系统、自适应控制系统、数据采集系统等, 达到测量与控制的目的。

(2) 智能仪表。 用单片机改造原有的测量、控制仪表, 促进仪表向数字化、智能化、多功能化、综合化、柔性化方向发展。

(3) 机电一体化产品。单片机与传统的机械产品相结合, 使传统机械产品结构简化, 控制智能化。

(4) 智能接口。 在计算机控制系统, 特别是在较大型的工业测、控系统中, 用单片机进行接口的控制与管理, 加之单片机与主机的并行工作, 大大提高了系统的运行速度。

(5) 智能民用产品。 如在家用电器、玩具、游戏机、声像设备、电子秤、收银机、办公设备、厨房设备等许多产品中, 单片机控制器的引入, 不仅使产品的功能大大增强, 性能得到提高, 而且获得了良好的使用效果。

单片机的多机应用系统可分为功能集散系统、并行多机处理及局部网络系统。

(1) 功能集散系统。 多功能集散系统是为了满足工程系统多种外围功能的要求而设置的多机系统。

(2) 并行多机控制系统。 并行多机控制系统主要解决工程应用系统的快速性问题, 以便构成大型实时工程应用系统。

(3) 局部网络系统。

单片机按应用范围又可分成通用型和专用型。专用型是针对某种特定产品而设计的,例如用于体温计的单片机、用于洗衣机的单片机等等。在通用型的单片机中,又可按字长分为4位、8位、16/32位,虽然计算机的微处理器现在几乎是32/64位的天下,8位、16位的微处理器已趋于萎缩,但单片机情况却不同,8位单片机成本低,价格廉,便于开发,其性能能满足大部分的需要,只有在航天、汽车、机器人等高技术领域,需要高速处理大量数据时,才需要选用16/32位,而在一般工业领域,8位通用型单片机,仍然是目前应用最广的单片机。

到目前为止,中国的单片机应用和嵌入式系统开发走过了二十余年的历程,随着嵌入式系统逐渐深入社会生活各个方面,单片机课程的教学也有从传统的8位处理器平台向32位高级RISC处理器平台转变的趋势,但8位机依然难以被取代。国民经济建设、军事及家用电器等各个领域,尤其是手机、汽车自动导航设备、PDA、智能玩具、智能家电、医疗设备等行业都是国内急需单片机人才的行业。行业高端目前有超过10余万名从事单片机开发应用的工程师,但面对嵌入式系统工业化的潮流和我国大力推动建设"嵌入式软件工厂"的机遇,我国的嵌入式产品要溶入国际市场,形成产业,则必将急需大批单片机应用型人才,这为高职类学生从事这类高技术行业提供了巨大机会。

GPU

显卡的处理器称为图形处理器(GPU),它是显卡的"心脏",与CPU类似,只不过GPU是专为执行复杂的数学和几何计算而设计的,这些计算是图形渲染所必需的。某些最快速的GPU集成的晶体管数甚至超过了普通CPU。

时下的GPU多数拥有2D或3D图形加速功能。如果CPU想画一个二维图形,只需要发个指令给GPU,如"在坐标位置(x, y)处画个长和宽为a×b大小的长方形",GPU就可以迅速计算出该图形的所有像素,并在显示器上指定位置画出相应的图形,画完后就通知CPU "我画完了",然后等待CPU发出下一条图形指令。

有了GPU,CPU就从图形处理的任务中解放出来,可以执行其他更多的系统任务,这样可以大大提高计算机的整体性能。(作者:天健磊磊)


分享到:


相關文章: