كيفية تصنيف أشباه الموصلات

هناك ستة تصنيفات لأشباه الموصلات ، والتي تم تصنيفها حسب معيار المنتج ونوع إشارة المعالجة وعملية التصنيع ووظيفة الاستخدام ومجال التطبيق وطريقة التصميم.

1A التصنيف حسب معيار المنتج

يمكن تقسيم أشباه الموصلات إلى أربع فئات: الدوائر المتكاملة ، والأجهزة المنفصلة ، والأجهزة الكهروضوئية ، وأجهزة الاستشعار. من بينها الدوائر المتكاملة هي الأهم.

الدوائر المتكاملة وهي الدوائر المتكاملة والرقائق والرقائق. يمكن تقسيم الدوائر المتكاملة إلى أربعة مجالات فرعية: الدوائر التناظرية ، والدوائر المنطقية ، والمعالجات الدقيقة ، والذاكرة. في وسائل الإعلام ، يُشار أيضًا إلى أجهزة الاستشعار والأجهزة المنفصلة وما إلى ذلك باسم الدوائر المتكاملة أو الرقائق.

في عام 2019 ، استحوذت الدوائر المتكاملة على 84٪ من مبيعات منتجات أشباه الموصلات العالمية ، وأعلى بكثير من 3٪ من الأجهزة المنفصلة ، و 8٪ من الأجهزة الكهروضوئية ، و 3٪ من أجهزة الاستشعار.

2A التصنيف عن طريق معالجة الإشارة

الشريحة التي تعالج المزيد من الإشارات التناظرية هي شريحة تمثيلية ، والشريحة التي تعالج المزيد من الإشارات الرقمية هي شريحة رقمية.

الإشارات التناظرية هي ببساطة إشارات تنبعث باستمرار ، مثل الصوت. النوع الأكثر شيوعًا في الطبيعة هو الإشارات التناظرية. المقابل هو إشارة رقمية منفصلة تتكون من 0 و 1 وبوابات غير منطقية.

يمكن تحويل الإشارات التناظرية والإشارات الرقمية إلى بعضها البعض. على سبيل المثال ، الصورة على الهاتف المحمول هي إشارة تناظرية ، والتي يمكن تحويلها إلى إشارة رقمية من خلال محول ADC ، ومعالجتها بواسطة شريحة رقمية ، وفي النهاية تحويلها إلى إشارة تناظرية من خلال محول DAC.

تشمل الرقائق التناظرية الشائعة مكبرات الصوت التشغيلية ، والمحولات الرقمية إلى المحولات التناظرية ، والحلقات المغلقة الطورية ، ورقائق إدارة الطاقة ، والمقارنات ، وما إلى ذلك.

تشمل الرقائق الرقمية الشائعة الدوائر المتكاملة الرقمية للأغراض العامة والمرئيات الرقمية المخصصة (ASICs). تشتمل الدوائر المتكاملة الرقمية العامة على ذاكرة DRAM ، ووحدة تحكم دقيقة MCU ، ومعالج دقيق MPU ، وما إلى ذلك. الدائرة المتكاملة المخصصة هي دائرة مصممة لغرض محدد لمستخدم معين.

3A التصنيف حسب عملية التصنيع

غالبًا ما نسمع مصطلح "7nm" أو "14nm" ، والذي يشير فيه نانومتر إلى طول بوابة الترانزستور داخل الشريحة ، وهو الحد الأدنى لعرض الخط داخل الشريحة. باختصار ، يشير إلى المسافة بين السطور.

تستغرق عملية التصنيع الحالية 28 نانومتر كمستجمعات مائية ، ويشار إلى تلك التي تقل عن 28 نانومتر بعمليات تصنيع متقدمة. حاليًا ، أكثر عمليات التصنيع تقدمًا في الصين هي 14 نانومتر من SMIC. تعد TSMC و Samsung حاليًا الشركتين الوحيدتين في العالم اللتين تخططان لإنتاج كميات كبيرة من 5 نانومتر و 3 نانومتر و 2 نانومتر.

بشكل عام ، كلما كانت عملية التصنيع أكثر تقدمًا ، ارتفع أداء الشريحة ، وارتفعت تكلفة التصنيع. بشكل عام ، الاستثمار في البحث والتطوير لتصميم رقاقة 28 نانومتر يصل إلى 1-2 مليار يوان ، بينما تتطلب شريحة 14 نانومتر 2-3 مليار يوان.

4A التصنيف حسب وظيفة الاستخدام

يمكننا التناظرية وفقًا للأعضاء البشرية:

الدماغ - وظيفة حسابية ، تستخدم للتحليل الحسابي ، مقسمة إلى شريحة تحكم رئيسية وشريحة مساعدة. تشتمل شريحة التحكم الرئيسية على وحدة المعالجة المركزية (CPU) و FPGA و MCU ، بينما تشتمل الشريحة الإضافية على وحدة معالجة الرسومات (GPU) المسؤولة عن معالجة الرسومات والصور وشريحة AI المسؤولة عن حوسبة الذكاء الاصطناعي.

القشرة الدماغية - وظائف تخزين البيانات ، مثل DRAM و NAND و FLASH (SDRAM و ROM) وما إلى ذلك.

الحواس الخمس - وظائف الاستشعار ، بما في ذلك بشكل أساسي أجهزة الاستشعار ، مثل MEMS ، ورقائق بصمات الأصابع (ميكروفون MEMS ، CIS) ، إلخ.

الأطراف - وظائف النقل ، مثل واجهات Bluetooth و WIFI و NB-IOT و USB (واجهة HDMI والتحكم في محرك الأقراص) لنقل البيانات.

القلب - مصدر الطاقة ، مثل DC-AC ، LDO ، إلخ.

5A التصنيف حسب مجال التطبيق

يمكن تقسيمها إلى أربع فئات ، وهي الدرجة المدنية والدرجة الصناعية ودرجة السيارات والدرجة العسكرية.

6A التصنيف حسب طريقة التصميم

يوجد اليوم معسكرين رئيسيين لتصميم أشباه الموصلات ، أحدهما ناعم والآخر صعب ، وهما FPGA و ASIC. تم تطوير FPGA أولاً ولا يزال هو الاتجاه السائد. FPGA عبارة عن شريحة منطقية قابلة للبرمجة للأغراض العامة يمكن برمجتها بنفسك لتنفيذ الدوائر الرقمية المختلفة. ASIC عبارة عن شريحة رقمية مخصصة. بعد تصميم دائرة رقمية ، لا يمكن تغيير الشريحة المولدة. يمكن لـ FPGA إعادة بناء وتحديد وظائف الرقاقة بمرونة قوية ، بينما تتمتع ASIC بخصوصية أقوى.