نحوه طبقه بندی نیمه هادی ها

شش طبقه بندی برای نیمه هادی ها وجود دارد که بر اساس استاندارد محصول، نوع سیگنال پردازش، فرآیند تولید، عملکرد استفاده، زمینه کاربرد و روش طراحی طبقه بندی می شوند.

1ã طبقه بندی بر اساس استاندارد محصول

نیمه هادی ها را می توان به چهار دسته تقسیم کرد: مدارهای مجتمع، دستگاه های گسسته، دستگاه های فوتوالکتریک و حسگرها. در این میان مدارهای مجتمع مهم ترین هستند.

مدارهای مجتمع، یعنی آی سی ها، تراشه ها و تراشه ها. مدارهای مجتمع را می توان به چهار بخش فرعی تقسیم کرد: مدارهای آنالوگ، مدارهای منطقی، ریزپردازنده ها و حافظه. در رسانه های جمعی، حسگرها، دستگاه های گسسته و غیره را IC یا تراشه نیز می نامند.

در سال 2019، مدارهای مجتمع 84 درصد از فروش جهانی محصولات نیمه هادی را به خود اختصاص دادند که بسیار بیشتر از 3 درصد دستگاه های گسسته، 8 درصد دستگاه های فوتوالکتریک و 3 درصد از حسگرها بود.

2ã طبقه بندی بر اساس سیگنال پردازش

تراشه ای که سیگنال های آنالوگ بیشتری را پردازش می کند یک تراشه آنالوگ است و تراشه ای که سیگنال های دیجیتال بیشتری را پردازش می کند یک تراشه دیجیتال است.

سیگنال های آنالوگ به سادگی سیگنال هایی هستند که به طور مداوم منتشر می شوند، مانند صدا. رایج ترین نوع در طبیعت سیگنال های آنالوگ هستند. متناظر یک سیگنال دیجیتال گسسته است که از 0 و 1 و گیت های غیر منطقی تشکیل شده است.

سیگنال های آنالوگ و سیگنال های دیجیتال را می توان به یکدیگر تبدیل کرد. به عنوان مثال، تصویر روی تلفن همراه یک سیگنال آنالوگ است که می تواند از طریق مبدل ADC به سیگنال دیجیتال تبدیل شود، توسط یک تراشه دیجیتال پردازش شود و در نهایت از طریق مبدل DAC به سیگنال آنالوگ تبدیل شود.

تراشه های رایج آنالوگ شامل تقویت کننده های عملیاتی، مبدل های دیجیتال به آنالوگ، حلقه های قفل فاز، تراشه های مدیریت توان، مقایسه کننده ها و غیره هستند.

تراشه های دیجیتال رایج شامل آی سی های دیجیتال همه منظوره و آی سی های دیجیتال اختصاصی (ASIC) هستند. آی سی های دیجیتال عمومی شامل DRAM حافظه، MCU میکروکنترلر، MPU ریزپردازنده و غیره است. آی سی اختصاصی مداری است که برای هدف خاص کاربر طراحی شده است.

3ã طبقه بندی بر اساس فرآیند ساخت

ما اغلب اصطلاح تراشه 7 نانومتری یا 14 نانومتری را می شنویم که در آن نانومتر به طول دروازه ترانزیستور داخل تراشه اشاره دارد که حداقل عرض خط داخل تراشه است. به طور خلاصه، به فاصله بین خطوط اشاره دارد.

فرآیند تولید فعلی 28 نانومتر به عنوان حوضه آبخیز طول می کشد و موارد زیر 28 نانومتر به عنوان فرآیندهای تولید پیشرفته شناخته می شوند. در حال حاضر، پیشرفته ترین فرآیند تولید در سرزمین اصلی چین، 14 نانومتر SMIC است. TSMC و سامسونگ در حال حاضر تنها شرکت‌هایی در جهان هستند که قصد دارند 5 نانومتر، 3 نانومتر و 2 نانومتر تولید کنند.

به طور کلی، هرچه فرآیند ساخت پیشرفته تر باشد، عملکرد تراشه بالاتر و هزینه ساخت بالاتر خواهد بود. به طور کلی، سرمایه گذاری تحقیق و توسعه برای طراحی تراشه 28 نانومتری به 1-2 میلیارد یوان می رسد، در حالی که یک تراشه 14 نانومتری به 2-3 میلیارد یوان نیاز دارد.

4ã طبقه بندی بر اساس تابع استفاده

ما می توانیم با توجه به اندام های انسان قیاس کنیم:

مغز - تابع محاسباتی، مورد استفاده برای تجزیه و تحلیل محاسباتی، تقسیم به تراشه کنترل اصلی و تراشه کمکی. تراشه کنترل اصلی شامل CPU، FPGA و MCU است، در حالی که تراشه کمکی شامل یک GPU مسئول گرافیک و پردازش تصویر و یک تراشه هوش مصنوعی مسئول محاسبات هوش مصنوعی است.

قشر مغز - توابع ذخیره سازی داده ها، مانند DRAM، NAND، FLASH (SDRAM، ROM) و غیره.

حواس پنجگانه - عملکردهای حسی، به طور عمده شامل حسگرها، مانند MEMS، تراشه های اثر انگشت (میکروفون MEMS، CIS) و غیره.

اندام - عملکردهای انتقال مانند بلوتوث، WIFI، NB-IOT، رابط های USB (رابط HDMI، کنترل درایو) برای انتقال داده.

قلب - تامین انرژی، مانند DC-AC، LDO، و غیره.

5ã طبقه بندی بر اساس زمینه برنامه

می توان آن را به چهار دسته تقسیم کرد: درجه عمران، درجه صنعتی، درجه خودرو و درجه نظامی.

6ã طبقه بندی بر اساس روش طراحی

امروزه دو کمپ اصلی برای طراحی نیمه هادی ها وجود دارد، یکی نرم و دیگری سخت، یعنی FPGA و ASIC. FPGA ابتدا توسعه یافت و هنوز هم جریان اصلی است. FPGA یک تراشه منطقی قابل برنامه ریزی همه منظوره است که می تواند برای پیاده سازی مدارهای دیجیتال مختلف برنامه ریزی شود. ASIC یک تراشه دیجیتال اختصاصی است. پس از طراحی مدار دیجیتال، تراشه تولید شده قابل تغییر نیست. FPGA می تواند توابع تراشه را با انعطاف پذیری قوی بازسازی و تعریف کند، در حالی که ASIC ویژگی قوی تری دارد.