微芯片基础

你需要知道的关于微芯片——数字世界的基础

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很难想象一个没有微芯片的世界。从汽车到智能手机,从核磁共振扫描仪到工业机器人和数据中心,它们都是我们用来工作、旅行、健身和娱乐的设备的核心。

微芯片无处不在。2019年,全球制造了6340多亿片芯片,满足了一个新的需求€4120亿工业。通过每一代芯片提供新的功能、更好的性能和更低的成本,芯片的进步催生了新产品并改变了产业。

什么是微芯片?

微芯片(也称为芯片、计算机芯片、集成电路或集成电路)是在一小块平坦的硅片上的一组电子电路。在芯片上,晶体管充当微型电子开关,可以打开或关闭电流。微小开关的图案是通过添加和移除材料在硅片上形成一个相互连接形状的多层晶格。

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硅是芯片工业的首选材料。与通常用来传导电流的金属不同,硅是一种“半导体”,这意味着它的导电性能可以通过与磷或硼等其他材料混合来提高。这使得可以打开或关闭电流。


好消息是它无处不在!硅是由沙子制成的,它是地球上第二丰富的元素,仅次于氧。硅片是用一种叫做硅砂的沙子制成的,这种沙子是由二氧化硅制成的。沙子被熔化并以称为“铸锭”的大圆筒的形式铸造。然后把这个锭片切成薄片。

纳米尺度

一块指甲大小的微芯片包含数十亿个晶体管,因此很容易理解芯片上的功能需要有多小。芯片特征以纳米为单位。纳米是十亿分之一米,或者百万分之一毫米。


相比之下,人类红细胞的直径是7000纳米,病毒的平均直径是14纳米。目前最先进的芯片上最小的结构是10纳米。ASML的极紫外技术万博manbetx官网登录使最小特征的比例进一步减小。我们的系统可以创建的模式中的功能越小,制造商可以在芯片上安装的晶体管就越多,芯片可以做的也就越多。

薯片的“口味”

微芯片有两种主要类型:逻辑芯片和存储器芯片。


逻辑芯片是电子设备的“大脑”——它们处理信息以完成任务。在逻辑芯片中,CPU(中央处理器)是“原始”芯片,最初设计于20世纪60年代。但也有一些处理器有特定的功能,例如gpu(图形处理单元,为视觉显示而优化)和npu(神经处理单元,为深度和机器学习应用而设计)。


存储器芯片存储信息。有两种类型的存储芯片:DRAM(动态随机存取存储器),它是“工作存储器”芯片,只在设备电源打开时保存数据;NAND闪存,即使在设备关闭后也保存数据。例如,DRAM有助于在您的设备上运行程序,而NAND存储您的照片。而DRAM速度快,NAND读写数据慢。

计算能力

芯片的进步是计算机运算能力和存储功能惊人增长的背后原因,这使得技术得以发展到今天的水平。1956年到2015年,由于芯片的存在,计算能力增长了1万亿倍。想想看:阿波罗登月任务的导航计算机的功能是任天堂游戏机的两倍。它有万博manbetx官网登录32.768位随机存取存储器(RAM)和589.824位只读存储器(ROM)。一部现代智能手机的处理能力大约是10万倍,内存大约是100万倍,ROM大约是700万倍。

芯片能够实现虚拟现实和设备上人工智能(AI)等应用,以及5G连接等数据传输方面的收益,它们还落后于深度学习等算法。


所有这些计算产生了大量的数据。到2025年,全球每年将产生175兆字节(ZB)的数据,大约相当于10亿兆字节(TB)。作为比较,根据市场情报公司IDC的万博苹果手机客户端“数据时代2025”白皮书,如果你在dvd上存储175 zettabytes,你的dvd堆会足够高,可以绕地球222圈。

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