首先非常感谢面包板社区给我这次机会阅读《芯片通识课：一本书读懂芯片技术》

拿到书，厚薄适中（348页），印刷精美（彩印），一下子就吸引我阅读的兴趣。


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在开始分享阅读心得前，先说明下，本人是半导体从业人员，具体来说是半导体制造企业的人员。

由于半导体涉及的领域很广，比如本书第3章介绍的芯片设计，第4章介绍的芯片制造，第5章介绍的芯片封装测试。

而芯片的制造又细分为很多领域：如工艺、设备、材料、检测、研发、运营等等。每个细分领域又极度专业。

因此即便是从业人员，也很难样样精通，甚至可以说只知皮毛。

或者说像盲人摸象一样，而这本书则较好的打开了视野，由浅入深的娓娓道来，一点也没有压力，不需要背景知识。


先说第一章第二章

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第一章：芯片的发展历史

从电子管、晶体管、再到集成电路的诞生和演进。

电子管时代：

1904年英国物理学家约翰·安布罗斯·弗莱明（John Ambrose Fleming）发明了真空二极管（“弗莱明阀”），利用单向导电性实现无线电信号的检波，成为首个实用的电子管。

1906年：美国发明家李·德福雷斯特（Lee de Forest）在二极管基础上加入栅极，发明了三极管（Audion）。栅极通过控制电流实现信号放大，开启了电子放大时代，推动了无线电通信和广播的发展。

晶体管时代：

1947年：贝尔实验室的肖克利、巴丁和布拉顿发明了晶体管，取代笨重的电子管，为现代电子设备奠定基础。晶体管体积小、功耗低，成为集成电路的前身。

集成电路诞生：

1958年：德州仪器的杰克·基尔比研制出首个锗基集成电路，将多个元件集成到单一芯片上。

1959年：仙童半导体的罗伯特·诺伊斯发明硅基集成电路和平面工艺，实现批量生产，标志着现代芯片技术的开端。

到今天芯片的制程已经达到2nm，并且有望突破1nm，真是了不起的进步。


台积电的2nm制程（N2）采用了全环绕栅极晶体管（GAAFET）技术，取代了此前的FinFET架构。GAA通过将晶体管的栅极从三面包围调整为四面包围（即纳米片结构），显著减少了漏电问题，提升了能效和性能




2024-10-22 高通举行 2024 骁龙峰会，正式推出了旗下最新一代也是最强的骁龙旗舰芯片：骁龙 8 至尊版，又名骁龙8 Elite。

骁龙8至尊版采用台积电3nm工艺制程，这也是高通第一颗3nm手机芯片。这一先进的制程技术不仅确保了芯片的高性能，还实现了能效的显著提升。其中CPU采用高通Oryon八核CPU，其中两颗超级内核的主频高达4.32GHz，而另外六颗性能内核的主频也达到了3.53GHz，这样的配置使得Oryon CPU在单核和多核性能上均实现了飞跃，相较于第三代骁龙8提升了45%，为用户带来前所未有的流畅体验。

在GPU方面，骁龙8至尊版同样表现出色，它采用了Adreno 8系GPU，相比前代产品，性能提升了40%，使得手机运行大型游戏也毫无压力。


题外话：我目前使用的手机还是2021年发布小米10S，其使用的CPU是骁龙870，工艺：7nm，从中我们可以看到芯片技术的迅猛发展。


第二章 芯片的介绍

主要从芯片的类型、功能等方面展开介绍。

芯片的分类说起来挺复杂的，按信号类型可以分为数字芯片、模拟芯片、模拟电路芯片、数字模拟混合芯片等。

数字芯片是最常用的一类芯片。包括CPU、GPU、内存等等。




除了我们常用的CPU、GPU、内存等芯片外，还有一类使用非常广泛的芯片叫MCU（微控制器）

他是把中央处理器(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。



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比如这款蓝牙耳机，主板上就集成了一个MCU

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按芯片所属晶圆的大小，主要可以分为6英寸（直径150mm）、8英寸（直径200mm）、12英寸（直径300mm）等等。

目前最先进的一般都是12英寸。

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第三章 芯片的设计

第四章 芯片的制造

第五章 芯片的封装与测试

是本书的重头戏。

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第三章 芯片的设计

这是一般人很难接触到的领域，也是目前中国面临的毕竟严峻的领域。

没有设计、就谈不上制造。芯片设计是芯片的整个灵魂，芯片实现怎样的功能完全是看最初芯片的整体设计。

芯片设计是将系统、逻辑与性能的设计转化为具体的物理版图，其中包括芯片的规格制定、逻辑设计、布局规划、性能设计、电路模拟、布局布线、版图验证等。

比如下图：芯片设计图纸


我们熟知的公司都是芯片设计公司（极少数既设计又制造）

比如高通，英伟达，英特尔则既设计又制造


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芯片设计工具：芯片设计软件就和我们日常用的office软件一样，提升设计的效率，必不可少。芯片设计届的office软件我们叫做EDA软件（Electronic Design Automation电子设计自动化）EDA软件在全球不过100亿美元的产值，却主宰着将近4500亿美元的全球半导体市场，一旦EDA受制于人，整个芯片设计也将如鲠在喉。目前世界上主要的EDA厂商都在美国，Top3家：Synopsys、Cadence和Mentor Graphics占据着市场60%以上的份额



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芯片设计的步骤如下，看不懂也没关系，了解即可。


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第四章 芯片的制造


这个是本书的重头戏。也是目前国民最为关心的，特别是华为事件之后，大家发现华为可以设计出最顶级的麒麟芯片，但还得通过台积电制造，一旦被卡了脖子就没发制造了，所以芯片制造至关重要。


芯片的制造步骤主要如下图，所有的制造工序都在无尘车间里完成。







芯片的制造用大白话说，就是在晶圆（空白芯片）上绣花。

至关重要的一环是光刻，也是中国目前差距最大的一环。

光刻，顾名思义，就是用光来雕刻电路，就像远古的老式胶片相机一样。





决定芯片制程（3nm，7nm……）的关键设备就是光刻机。


当然，芯片的制造还离不开制造设备（机器）、材料（光刻胶等）的加持，目前最先进的设备材料都被美国、日本等国把持，国产还需加油！


第五章 芯片的封装和测试

芯片的封装和测试，总结来说是不是特别高难度的工序，目前中国在这块已经处于领先地位。

比如全球第3的长电科技。




先说封装。封装这个词，其实我们经常会听到。它主要是指把晶圆上的裸芯片（晶粒）变成最终成品芯片的过程




而测试，顾名思义，主要进行可靠性测试。一般由自动化设备完成。 image.png



最后的第6章，第7章主要介绍芯片的应用。

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说下当下最为热门的应用：智能辅助驾驶吧，



一系列智能化的功能都离不开芯片的作用。

比如华为的解决方案，就涵盖了一系列软件及硬件（芯片）。




英伟达从2015年开始，开始进入车载SoC和车载计算平台领域，为自动驾驶提供基础计算能力。此后英伟达几乎每隔两年发布一款车规级SoC芯片，且不断拉升算力水平。2020年，Xavier芯片算力为30 TOPS，2022年发布的Orin算力为254 TOPS，2022秋季GTC大会上发布了新自动驾驶芯片Thor，算力为2000TFLOPS@FP8、4000TOPS@INT8，取代了之 前发布的算力达1000TOPS的Altan。


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国内的地平线，成立于 2015 年，是乘用车高级辅助驾驶（ADAS）和高阶自动驾驶（AD）解决方案供应商」，拥有专有的软硬件技术。

过去几年，地平线确实取得了不少突破。数据显示，2023 年，地平线在中国高阶和低阶智驾市场的占有率都排第二，占有率分别为 35.5% 和 21.3%。高阶智驾市场的第一名是英伟达，市场份额为 49%。低阶智驾市场的第一名是 Mobileye，市场份额是 26.6%。


所以目前国内厂商都在奋起直追，有望在这一领域取得领先优势。



最后，再次感谢谢面包板社区给我这次机会，让我有机会打开思路，温故而知新。