芯片及其类型与应用（1）
胡经国
一、芯片概述
芯片（Chip），又称为微电路（Microcircuit）、微芯片（Microchip）、集成电路（Integrated Circuit，IC），是指内含集成电路的硅片；其体积很小，常常是计算机或其他电子设备的一部分（下图来源：网络）。
2020年8月，中国国务院印发《新时期促进集成电路产业和软件产业高质量发展的若干政策》。至于究竟什么叫做芯片？有不同的说法。下面例举一些有关的说法，供大家参考。
★芯片（Chip），一般是指集成电路的载体，是集成电路经设计、制造、封装、测试以后的结果，通常是一个可以立即使用的独立的整体。
“芯片”和“集成电路”这两个术语经常混着使用。比如，在大家平常的讨论话题中，“集成电路设计”和“芯片设计”说的是一个意思；“芯片行业”和“集成电路（IC）行业”说的往往也是一个意思。实际上，这两个术语有联系，也有区别。
“集成电路”实体往往要以“芯片的形式存在”。因为，“狭义的集成电路”强调的是“电路本身”。比如，简单到只由5个元件连接在一起而形成的“相移振荡器”，当它还在图纸上呈现时，我们也可以叫它为集成电路；而当我们要拿这个小集成电路来应用时，则它必须以独立的一块实物，或者嵌入到更大的集成电路中，“依托芯片”来发挥它的作用。“集成电路”更着重电路的设计和布局布线；而“芯片”则更强调电路的集成、生产和封装。“广义的集成电路”，当涉及到行业时，也可以包含与芯片相关的各种含义。
★芯片是一种半导体材料，又称为集成电路。芯片在我们日常生活中运用范围十分广泛，我们的生活离不开芯片。
芯片是由大量晶体管组成的；在一个小小的芯片里面具有少到几百个晶体管，多到上万个晶体管。它是现代科技的一项伟大发明。
芯片中的晶体管具有两种状态：开、关，平时用1、0 来表示；然后通过1和0来传递信号，传输数据。芯片在通电以后，就会产生一个启动指令，所有的晶体管就会开始传输数据。
★如果把中央处理器（CPU）比喻为整个电脑系统的“心脏”，那么主板上的芯片组（Chipset）就是整个电脑系统的“躯干”。对于主板而言，芯片组几乎决定了这块主板的功能，进而影响到整个电脑系统性能的发挥，芯片组是主板的“灵魂”。
芯片组是主板的核心组成部分。按照其在主板上排列位置的不同，芯片组通常分为“北桥芯片”和“南桥芯片”。“北桥芯片”提供对CPU的类型和主频、内存的类型和最大容量、ISA/PCI/AGP插槽、ECC纠错等的支持。而“南桥芯片”则提供对KBC（键盘控制器）、RTC（实时时钟控制器）、USB（通用串行总线）、Ultra DMA/33(66)EIDE数据传输方式和ACPI（高级能源管理）等的支持。其中，“北桥芯片”起着主导性的作用，又称为“主桥”（Host Bridge）。
★芯片（Chip），又叫做微电路、微芯片、集成电路，是半导体元件的总称。在电子学中，它是一种把“电路小型化的方式”，并且时常把电路制造在“半导体晶圆”的表面上。简而言之，芯片其实就是指“嵌含集成电路的硅片”。其体积不断变小，但是保持处理能力不变。
二、芯片工作原理
1、芯片工作原理概述
芯片工作原理是将电路制造在半导体芯片表面上从而进行运算与处理的。
集成电路对于“离散晶体管”有两个主要优势，即：成本低和性能高。
成本低是由于芯片通过“照相平版技术”，把所有的组件作为一个单位印刷，而不是在一个时间只制作一个晶体管。
性能高是由于组件快速开关，消耗更低能量。这是因为组件很小而且彼此靠近。2006年，芯片面积从几平方毫米到350 mm2，每mm2可以含有100万个晶体管。
数字集成电路（IC）可以包含任何东西，在几平方毫米上有从几千到百万的逻辑门、触发器、多任务器和其他电路。
这些电路的小尺寸使得与“板级集成”相比，具有更高的速度，更低的功耗（参见低功耗设计）并且降低了制造成本。这些数字集成电路（IC），以微处理器、数字信号处理器和微控制器为代表，在工作中使用二进制，处理1和0信号。
2、芯片测试
在芯片包装以前，要使用自动测试设备（ATE），对每个设备都要进行测试。这种测试过程称为“晶圆测试”或“晶圆探通”。晶圆被切割成矩形块，每个晶圆矩形块被称为“晶片”（Die）。
每个好的Die 被焊在Pads（垫）上的铝线或金线，连接到封装内，Pads通常在Die 的边上。在封装之后，设备在“晶圆探通”中使用的相同或相似的自动测试设备（ATE）上进行终检。
测试成本可以达到低成本产品的制造成本的25%；但是对于低产出，大型和/或高成本的设备，可以忽略不计。
3、芯片与晶圆
晶圆的成分是硅；硅是由石英砂所精练出来的。晶圆便是由硅元素加以纯化（硅含量达99.999%）；接着将这些纯硅制成硅晶棒，成为制造集成电路的石英半导体材料；再将其切片就得到具体制作芯片所需要的晶圆。晶圆越薄，生产的成本越低，但是对工艺要求就越高。
（未完待续）
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