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超全面的芯片百宝箱,十种最常见的芯片产业特点

作者:时间:2019-02-21来源:OFweek电子工程网收藏
编者按:芯片作为一种最常见的产品,广泛应用于生活的方方面面,随着国家对芯片产业的重视加强,越来越多的中国芯片企业开始在全球市场上崭露头角。芯片并非千篇一律,目前广泛应用的芯片有近百种,常见的也很多,比如下面的十种芯片,它们的产业特点是什么,一起来学习下吧!

  作为一种最常见的产品,广泛应用于生活的方方面面,随着国家对产业的重视加强,越来越多的中国企业开始在全球市场上崭露头角。芯片并非千篇一律,目前广泛应用的芯片有近百种,常见的也很多,比如下面的十种芯片,它们的产业特点是什么,一起来学习下吧!

本文引用地址:http://www.eepw.com.cn/article/201902/397791.htm
超全面的芯片百宝箱,十种最常见的芯片产业特点

  一、芯片产业的特点

  目前芯片主要的供应商是德州仪器、亚德诺等公司,中国是全球最主要的芯片需求方,但是国内能造出高精度的ADC芯片企业微乎其微,即便造出来了,性能和价格也无法跟上市场的节奏。可以这么说,在核心的ADC芯片供给率上,国产占有率几乎为零。

  芯片有几千种,ADC芯片就是最难造的几种之一。ADC也叫模数转换器,是指将连续变化的模拟信号转换为离散的数字信号的器件。真实世界的模拟信号,例如温度、压力、声音或者图像等,需要转换成更容易储存、处理和发射的数字形式。模/数转换器可以实现这个功能,在各种不同的产品中都可以找到它的身影,在实际应用中,为了实现微型化,通常做成ADC芯片。

  造芯片是非常精密的工艺,通常芯片单位为纳米,一纳米也就是十万分之一毫米,这对设计、制造工艺都有非常严格、高标准的要求。仅从产品种类来说,芯片的种类就有几十种大门类,上千种小门类,如果涉及设备流程的话就更多了。以通信基站为例,里面有上百颗芯片,基站发射回收信号,收回信号后首先要有芯片滤波;然后还有芯片将这种特别小的信号放大;再有芯片进行解析、处理;然后是芯片负责传输、分发等等,每个过程都需要芯片处理。

  由于系统的实际对象往往都是一些温度、压力、位移、图像等模拟信号,要使计算机或数字产品等能识别、处理这些信号,必须首先将这些模拟信号转换成数字信号,这就需要ADC。而经计算机分析、处理后输出的数字量也往往需要将其转换为相应模拟信号才能为执行机构所接受。

  据相关数据显示,2017年ADC芯片销售额为545亿美元,预计到2022年,全球ADC芯片市场规模可达748亿美元,市场前景非常可观。未来几年支撑ADC芯片增长的主要驱动力是、人工智能、物联网、汽车电子等新兴应用,这些相关的产品或技术对信号处理的需求大涨。

  高精度的ADC芯片难造,目前几乎一半的电子产品中,都有ADC芯片,随着客户对电子产品信号要求越来越高,高精度的ADC芯片成市场刚需。全球能生产出高性价比的高精度的ADC芯片的企业不到十家,而又以美国企业为主。一款好的ADC芯片体现在高精度、低功耗、转换效率等指标上,目前制造ADC芯片的温度传感器和高精度振荡器非常紧缺,这也是国内企业的一大痛点。

  除此之外,随着全球微型化工艺的进步,ADC芯片在尺寸上越来越小;同时客户对芯片的耐操性逐渐提升,这要求芯片在选型上更加精确,这给芯片的通道选择、PGA选择、输出速率等选择上增加了很大的难度,对于初创企业而言,进军ADC芯片就是一个不断挑战的“巨坑”。

  ADC芯片产业更新换代快,芯片产业遵循摩尔定律,集成电路上可容纳的元器件的数目,约每隔18-24个月便会增加一倍,性能也将提升一倍,也就是每一美元所能买到的电脑性能,将每隔18-24个月增加一倍。ADC芯片产业比普通的芯片更新迭代更快。据悉,全球ADC芯片行业大致以4-6年为一个周期,更新的速度与宏观经济、下游应用需求及自身产能库存等因素密切相关,电子产品更新快,那么ADC芯片性能必然也快。

  ADC芯片生产工序多,芯片制造本来涉及的工艺多,几千道工序想想就可怕。ADC芯片相对于普通芯片,生产的工序非常复杂。ADC芯片一般包含操作寄存器、中断寄存器、转换存储控制器,在工艺制造过程中,ADC芯片有一个步骤需要消除ADC发泡剂工序产生的酸雾和杂质,这样才能保住转换信号的精度,在制造上,对机器和环境的要求颇高。

  二、硅光芯片产业

  硅光芯片是光子芯片中最常见的一种,这种芯片利用的是半导体发光技术。2016 年,科学家们提出了一种使用光子代替电子为理论基础的计算芯片架构,由于光和透镜的交互作用过程本身就是一种复杂的计算,并使用多光束干涉技术,就可让相关系寻反应所需要的计算结果,这种芯片架构也叫可程序设计纳米光子处理器。

  近日,有媒体报道,我国自行研制成功的“100G硅光收发芯片”正式投产使用。据OFweek电子工程网获悉,这款硅光芯片面积不到30平方毫米,但是上面集成了光发送、调制、接收等六十多个有源和无源光元件,是目前国际上已报道的集成度最高的商用硅光子集成芯片之一。

  能取得这样的成绩并不惊讶,因为我国对硅光芯片产业非常重视。一方面是由于我国是通讯大国,通讯技术是衡量大国的关键指标之一,而光通信最关键的技术就是光子芯片;另一方面是我国电子芯片产业相对薄弱,全球光子芯片产业刚刚起步,对于我们并肩欧美甚至赶超,这是一个很好的超车机遇。

  我们要想真正在硅光芯片上成为全球的领导者,不是砸点资金和人力就可以实现。因为目前美国、日本在这个产业上也投入了重金和精力,中国的优势并不明显,甚至有点落后。目前,国内仅有光迅科技、海信、华为、烽火等少数厂商可以生产中高端芯片,但总体供货有限,高端芯片严重依赖于博通、三菱等美日公司。

  硅光芯片发展的技术难题有很多。包括硅光子芯片技术的设计痛点,硅光芯片的设计方面面临着架构不完善、体积和性能平衡等难题。硅光芯片的设计方案有三大主流:前端集成、混合集成和后端集成。前端集成的缺点是面积利用率不高、SOI衬底光/电不兼容、灵活性低和波导掩埋等,在工艺上的成本超高;后端集成在制造方面难度很大,尤其是波导制备目前而言很有挑战;至于混合集成,虽然工艺灵活,但成本较高,设计难度大。

  硅光子芯片技术的制造难题,硅光芯片的制造工艺面临着自动化程度低、产业标准不统一、设备紧缺等技术难关。由于光波长难以压缩,过长的波长限制芯片体积微缩的可能。同时光学装置须要更精确的做工,因为光束传输的些微偏差会造成巨大的问题,相对需要高技术及高成本。光子芯片相关的制程技术尚有待完善,良品率和成本将是考验产业的一大难题。

  硅光子芯片面临的封装困扰,芯片封装是任何芯片的必经流程,关于硅光子的芯片封装问题,这是目前行业的一大痛点。硅光芯片的封装主要分为两个部分,一部分是光学部分的封装,一部分是电学部分的封装。从光学封装角度来说,因为硅光芯片所采用的光的波长非常的小,跟光纤存在着不匹配的问题,与激光器也存在着同样的问题;不匹配的问题就会导致耦合损耗比较大,这是硅光芯片封装与传统封装相比最大的区别。用硅光做高速的器件,随着性能的不断提升,pin的密度将会大幅度增加,这也会为封装带来很大的挑战。

  产业相关的器件难题,硅光芯片需要的器件很多,而目前仍有很多相关技术难题未解决。如硅基光波导主要面临的产品化问题:硅基光电子需要小尺寸、大带宽、低功耗的调制器。有源光芯片、器件与光模块产品是重点器件,如陶瓷套管/插芯、光收发接口等组件技术目前尚未完全掌握。

  在摩尔定律的推动下,经过几十年的发展,电子芯片逐渐遇到性能瓶颈,尤其是速度与大数据带来的巨大压力。光子芯片具有明显的速度优势,可使芯片运算速度得到巨大提升。伴随着人工智能、物联网发展,光子芯片在智能终端、大数据、超算等领域将发挥巨大作用。正是有着如此多的优势和特点,在大数据、生命科学、激光武器等高端领域其作用不可替代。未来,光子芯片的前景广阔,其应用未必比电子芯片少。可以预见的是, 将来是一个光子芯片、电子芯片平分天下的局面。


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关键词: 芯片,ADC,5G

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