芯片的话题以前我们也有说过，今天咱们就接着继续讲。芯片的分类方法非常多，咱们深入浅出的描述一下。有超导芯片、硅基芯片、光量子芯片等等。
按大分类的话，比如军用的。有各种卫星、火箭、飞机、舰船、坦克、雷达等等。第二类就是民用的，医疗器械、各种智能的家用电器、电脑、手机、相机、车辆等等。
如果按照半导体分类，主要的分类有：传感器、分立器件、光电子器件、集成电路等等。
按IC来划分，主要的分类有：储存器件、逻辑器件、微处理器等等。模拟IC主要分为：信号链芯片、信号和数字处理等等。
比如采集信号的传感器、处理信号的又有放大、缩小、滤波。模数转换的也有A/D转换器、到了程序方面有微处理器。这个微处理器就处理信号整个过程的总称呼。
按照传感器分类的有：CMOS图像传感器（CIS）、微机电系统（MEMS）、触摸/触控芯片（Touch）等等。
计算类的，按照目前主流分类有：FPGA、ASIC、CPU、GPU，NPU和TPU属于ASIC，还有其他的AI芯片等等。
虽说不是主流的标准化，但是在不少领域里，也有着很广泛的应用。就好比这个DSP，就是应用得比较多的一种，还有这个简单的IC逻辑等等。
按照微处理器分类有：AP应用、MCU、BP基带等等。按照储存分类的有FRAM、ROM、RRAM、SRAM、MRAM、DRAM、NorFlash、NANDFlash等等，其中这个DRAM，也是大家常见到的。
按照电源分类有：AC和DC电源芯片、LDO低压差线性稳压器、PMU电源管理单元等等。
按照通信类划分的有：窄带物联网芯片、三极管、网络、MOS管、转换和接口、触控、LED驱动、LCD驱动、时钟、TDDI、射频器件、各种DAC和ADC、音频和摄像头、还有我们经常连接的WIFI、NFC和蓝牙等等。
这个种类真的非常多，多到大多数人都很难数清楚。拿手机的cpu处理器来讲，这个CPU对于手机，就类似人的大脑。是手机系统的核心控制和运算，也是程序和处理信息运行的最终执行单元。人们通常讲到这个CPU，几乎都会想到AMD和英特尔。就比如英特尔，就是世上首款商用处理器。这个世界就是这样，往往很多时候，都只会对那些顶端的印象深刻而已。除了这两家CPU厂商之外，还有高通、IBM等。
在CPU芯片设计方面，都是非常具有代表性的半导体企业，我们国内也有几家CPU企业，也是挺有代表性的，比如华为、海光、龙芯等等。
到了这个GPU处理器，就是用处理图形的。这个可以叫做视觉芯片，也可以称之为视觉处理器。这类处理器通常都是用在一些移动设备上，比如手机和电脑，然后用来做图形和图像的有关运算工作。在这个GPU领域里的国外代表企业有：AMD、英伟达和英特尔等。我们国内的GPU市场，这几年也发展得不错，也可以说是全面开花了。就比如景嘉微、芯动科技、摩尔线程等等。都有国产的GPU发布出来了。性能也挺不错的。
还有这个DSP，就是用来对数字信号做处理工作的。这种微处理器，非常特别。采用数字信号，就可以把大量的信息处理。民用通常都是用在视频和音频领域。在工业方面，这个自动控制领域就有大量的应用，比如现在越来越多的工厂流水线，都采用了自动化，这里面就少不了DSP。还有军用方面的雷达、航天航空领域等等。还有这个医疗领域的很多医疗器械，都少不了这玩意儿，如果没有这玩意儿，那就无法做到精准治疗等等。还有这个家用电器等等领域里，这个DSP都是经常用到的。就比如我们家里的空调，也是少不了这玩意儿。这方面的代表企业有：ADI、ARM、Microchip、TI等等。
到了这个MCU，也就是微控制器。汽车就是最大的应用场景，因为一辆汽车的MCU芯片，就高达七八十块之多。将接口、存储数据、计算等等集成到一起，一个芯片及的计算机就这样形成了。如果没有高精密的MCU芯片，自动驾驶或者无人驾驶就很难做到，其他领域的用途也挺广泛的。复旦微电子、华大半导体、瑞萨电子、士兰微、ST等等企业，就是MCU领域的代表企业。
到了这个存储芯片，这个就相当于大脑的一个存储作用。用来储存数据和信息。人大脑的功能很多，可以用来思考、用来记忆、用来高兴和悲伤、七情六欲等等。到了不同类型的存储芯片，发挥的作用也是不一样的。
比如DRAM动态随机存取，只能短时间保存数据，一断电之后，这个数据就会丢失。想要保持数据不变，那只有通电状态定时刷新，这种就属于容易丢失数据的存储器。到了这个SRAM静态随机存取，也是一个特性。
但是这个ROM只读存储器，那就不一样了。只要你把信息数据写入进去，那就会稳固下来保存在那里。就比如一张储存卡或者硬盘那样，信息数据复制进去。即使断电了，或者不管你断电多久，你写入进去的信息数据，那绝不对丢失的。损坏了数据丢失那就另外一回事了，所以这个属于非易失性存储器。
到了这个Flash闪存，数据和信息写入进去。不管你断电还是通电，也不管你有没有定时去刷新这些数据。都可以做到让这些数据长久保存下来，性质跟ROM同样，非易失性存储器。
众所周知，全世界最大的芯片市场需求，就是我们国内市场，这是任何一个国家都比不上的。但是这个存储器市场，也长时间被国外企业垄断，所以我国也只能长期以来进口这些玩意儿。比如镁光、三星、海力士、DRAM这几家企业。就占据大多数的存储器市场份额，这可不是开玩笑的。但如今我们国内企业也在突围，比如复旦微电子、兆易创新、华天科技、长鑫存储，还有长江存储等等。此前不是还做过一期视频，专门介绍长江存储的吗？感兴趣的可以去回顾一下。
还有这个传感器，这个传感器芯片也非非非常重要，重要到就类似我们人类的五官一样。如果没有这个传感器芯片，那么我们的生活中的湿度、湿度、压力大小、图像、声音、光信号等等，就无法被电子设备测量和感知到。
就比如这几年的疫情才出现的测温器，对着你的皮肤近距离扫一下，就能把你的体温测出来，节省了大量的人力物力。这让我不得不感慨科技的神奇之处，想起那一句话，科技改变生活。
这个图像传感器，也就是SMOS，也叫CIS。可以将光学图像转换成所需要的电子信号，就类似我们眼睛里的那一层视角膜。但凡只要用到摄像头拍摄成像的任何设备，都绝对少不了这玩意儿。比如各种相机和手机，还有天上的卫星等等。少了这玩意儿，压根就无法拍摄成像。所以这玩意儿，非非非常重要。
卫星要是没有这图像传感器，跟个瞎子也没多大的区别。格科微、三星、豪威科技、索尼等等，就是这领域里的代表企业。
就像你们的手机中，总是宣传着某某著名品牌的传感器啊。
还有这个MEMS，也就是微机电系统。这个系统就是按照需求，把那些微机械和微电路集成于一体，装在一块芯片里。这个应用非常广泛，就比如我们手中的手机。这个环境传感器，手机中的屏幕亮度，你打开了自动，就会根据所在环境，来自动调整手机屏幕的亮度。
还有这个磁传感器，NFC功能一打开。手机跟相关设备碰一碰，就会触发某些功能。
还有这个指纹传感器，设置好指纹解锁。相关手指的指纹一轻轻按上去，就会把手机锁给解开。其他传感器芯片还有不少，士兰微、敏芯微、博通、博世、歌尔微电子等等，就是MEMS领域里的代表企业。
还有这个Touch芯片，也就是触控或者。这个大家也不陌生，手机经常随身携带的。在手机和平板电脑上，就有触控芯片装在设备里面。如果没有触控芯片，就只能像以前的时代那样，用按键来操控手机或者平板电脑了。
这种芯片对环境的跟踪功能和自动识别能力，是非常灵敏的。技术要求也很高，一般的企业都做不了。比如你玩手机打游戏等等，拼手速的时候。都几乎没有什么延迟的，或者是感觉不到延迟。汇顶科技、晨星半导体、Atmel、比亚迪等等，就是这个触控芯片领域等等代表企业。
到了这个电源芯片，这就相当于我们身体内部的心脏。如果没有了心脏，那其他的身体器官。就丧失物质营养来源，然后就嗝屁了，去阎王那里报道。
如果没有电源芯片，那CPU、FPGA、DSP等等其他模拟或者数字芯片，就失去了供电。如果直接用直流电或者是交流电，那立马就会报废。这些玩意儿无法承受直流电压或者交流电压。
这个DC或者AC开关电源芯片，可以将交流电压转换。这些技术，无论是设计还是工艺，或者是生产情况。在国内外都已经发展得均比较成熟，也都形成了标准化。
到了这个LDO，这是一种低压差线性的稳压器。因为无论是手机，还是电脑等电子设备中。不同的器件，这个供电的大小，都是不相同的。这个时候就需要LDO稳压芯片来发挥作用，才能实现所需要的供电。但是这里面也必要电源管理单元才能做到，这种电源管理方案，不仅集成度非常高，而且还是便携式的。
有了这玩意儿，就能把电源的转效率大幅度提升，同时这个功耗还能大幅度降低。上海的那家贝岭、东芝、芯源系统、圣邦微电子、英飞凌、瑞芯微等等，都是这方面的代表企业。
还有在通信领域里芯片，就类似我们身体的神经系统那样。根据不同的需求，然后传递这个需要的数据和信息。就比如这个蓝牙芯片，手机中的蓝牙功能也是日常生活中，经常使用到功能。这种无线连接技术，只能够近距离使用。可以传送文档、图像和音频。紫光展锐、ST、Dialog、赛普拉斯、高通等等，
也是这方面的代表企业。
还有这个wifi无线芯片，很多人的手机卡都没有无限流量。但是发展到了如今，互联网已经深度的融合进我们的生活中，互联网的内容丰富，需要的流量也不少。如果有wifi的情况下，相信没几个人不想连的。但是只要你距离wifi一定距离之后，wifi无线网就会断掉。所以说wifi无线网络，也是一种短距离无线通信技术。瑞昱、乐鑫、联发科、高通、博通等。就是wifi芯片领域的代表企业。
还有这个窄带物联网芯片，简称NB-loT，属于一种广域网，也就是长距离通信技术，属于一种远距离无线通信技术。就比如你手机扫一扫，就可以骑走的共享单车。你停放在哪里都知道，要是违规停放，那就会额外扣钱。还有路边的智慧路灯，会根据天气情况的变化，来自动调节亮度。以及如今我们家庭里使用到的智能电表，都有这种技术应用在其中。
你们看看就知道，如今已经不在像过去那样。每个月固定时间，都会有人来抄电表。使用了这种技术非常方便，每个月到了固定的时间。直接从你电表绑定的银行卡账户，直接扣掉产生的电费就可以，省时又省力。还有其他的领域也有用到这种技术的，中兴微、紫光展锐、华为、高通等等，也是这方面的代表企业。
还有这个接口芯片，就类似我们的手脚。也可以用来传递数据和信息，就比如通用的USB接口。这是手机和PC领域的一种接口技术，我们日常生活中也经常用到的。就比如手机的USB接口，可以充电，也可以用来连接电脑传输文件。全志科技和赛普拉斯，还有恩智浦等等，都是这个USB芯片方面的代表企业。
还有这个HDMI高清多媒体接口芯片，这种接口是用来发送全数字化音频和视频的，可以做到无压缩发送。这种接口如今的手机中已经不具备，我记得好像以前的诺基亚就有，以前的诺基亚的充电接口是圆孔的，就只能单纯用来充电，底座或者侧边就有一个HDMI接口。还有电视机和机顶盒也有这种接口，ADI和全志科技以及东芝，都是这方面的代表企业。
大致介绍完了芯片的种类和一些特性等等，那么这个高端的CPU，晶体管就高达上百亿之多，难道里面就没有一个是坏的吗？军用的应该就没有，毕竟据说一块芯片就要好几百万的。
不过民用的就不一样了，在民用方面，就算这个生产工艺再好，也无法保证里面一个坏的晶体管都没有。如果里面坏掉两三个晶体管，这个CPU芯片，又是否还能继续进行工作呢？这又如何做到不影响系统以及整体性能呢？在芯片制造生产的过程当中，是绝对无法保证没有一个晶体管是坏的。这一点不管是如今哪家芯片企业，都无法做得到的事情。民用芯片的复杂性，就算不说大家也都知道。所以生产过程中，也是很容易出现问题的。每一个环节都是需要注意在注意，就算到了最后的一个划片的环节，都有可能因为某些因素，造成损坏。
所以制造出一张硅片，到了最后的测试和封装环节，能用的芯片数量，具体有多少？这也成了芯片行业内的一个通用的标准，说白了也就是这个生产良率。通常来讲，只要是一种没成熟的新制程，那么这个不良率就会越高，报废的芯片也就越多。或者是芯片上的晶体管数量越多，那坏的也就可能越多。
就比如刚发展5纳米芯片的时候，三星的不良率，就超过一半以上。换句话来说，也就是这些芯片一做出来，一半以上的数量就没用，或者跟5纳米制程芯片要求的性能远不达标，甚至是直接就扔掉了。
所以半导体企业的工艺设备那么多就是这样，对于这个良率究竟需要怎么样，才能搞上去，也更是工程师们头疼的一个问题。因为不管怎么说，如果你这个良率搞不上去的话，那么这个投入的成本，始终都无法降下来。成本无法下降，那就代表着盈利情况的好坏。
就算是芯片制造行业号称第一的台积电，在5纳米制程芯片开始制造生产的时候，这个不良率也大概六成多。但是经过这么长时间的研究，据说这个良率已经达到了八成这个数了。如果从生产环节来评判这个工艺如何的话，那么十几纳米芯片制程的工艺，是最成熟的。但是十几纳米和5纳米芯片对比，无论是制程还是结构，都相对简单得多。工艺和环节也没有那么复杂，超过90%的良率，对于如今都是非常轻松就能做到。我挖个坑，如果本期内容点赞量过万的话，咱们就单独的做一期内容，好好的说一下。现在就深入浅出的描述一下，一块芯片的晶体管数量是非常多，高达上百亿的晶体管数量。但并不是每个晶体管损坏了，都会影响手机的使用功能。
在集成电路里，这个电路的逻辑，确实也非常敏感。但是这个晶体管数量，是有冗余的，也就是有备胎准备的。就比如存储单元里，损坏少数部分，备胎就可以拿去补上。
还有一些晶体管，原本在实际的制造过程中，并不需要的，所以就算坏了也没什么大不了的。但是为了测试性能，所以就这样加进去了。
还有就比如一些厂家，有句话不是说了吗？无商不奸，天下之大，没有一个商人是傻的，相反过来非常精明。比如那些芯片有部分重要的晶体管数量损坏了，就分为不同等级卖出去。比如分成三六九级别，用不同的价格销售出去，就完事了。
就好比如我是芯片生产商，我生产出来一批12核的CPU芯片。然后这些CPU芯片里面，那些重要的部分晶体管损坏了。然后就导致了两三个核，压根就无法使用，那我把这些12核的CPU芯片，当做8核或者6核的CPU芯片，在贴上一个8核或者6核的标签，然后在卖出去就完事。
此外就算CPU芯片有问题，也不一定说，就是生产环节造成的问题。也有这个可能，是测试管没有到位。或者是在设计验证的时候就有问题，或者其他等等环节造成的问题。然后相关人员没有发现，就流到了生产环节。
所以这个芯片，还没有进行量产的时候。就需要进行很多次试验，有时候还会有一些预留片。还有这个芯片生产出来了，在封装前前后后的环节，还要经过很多人去筛选和测试，然后那些问题芯片，早就被筛选出来了。通常来讲，卖到客户手中的芯片，基本上都是没有什么问题的。出现问题的概率，非常非常小。
就比如军用级的芯片，设计阶段都会留多一点补偿和冗。要确保万一少部分晶体管损坏或者失效的时候，能补上去使用，并且不会影响到系统层面。因为芯片的寿命也会老化，所以材料和使用环境，不同的芯片，要求是不同的。毕竟不管怎么说，这个芯片可不像我们身体细胞那样，还会自我修。
就比如航天级别的芯片，卖给你的时候，那绝对没有一个坏的晶体管。但是也要留一些冗余，防止使用过程中，万一出现坏的晶体管呢。像这些航天级别的芯片，一块就要好几百万的。所以设计之初，也要必须有备胎准备。
然后芯片制程的极限，又是在哪里呢？二十年前的时候，有人觉得，哎呀，这个90纳米工艺的芯片制程是极限。到了十多年前的时候，又有人觉得这个45纳米工艺是极限。七八年前的时候，又有人觉得22纳米是极限。到了三四年前的时候，又有人觉得这个14纳米是极限。两三年前的时候，又有人觉得7纳米就是极限了。到了一年前的时候，又有人觉得三纳米是极限。到了如今又有说，1纳米肯定就是硅基芯片的极限了。
但是如今的芯片竞赛，也变得越来越激烈。像这些问题，似乎又变得很模糊了。那些芯片巨头企业的技术，不断突破。就在IBM刚把两纳米的制造技术发布出来，台积电就联合麻省理工和台大，马上就宣布，在1纳米硅基芯片里，取得了重要的技术突破。
搞得沸沸扬扬的，一众芯片巨头们，纷纷加大投资力度。在这一场芯片制程的升级竞赛之中，真的会有极限存在吗？是不是这个芯片的制程越小，性能就会越厉害呢？
想知道这些还需要从这个芯片制程说起，这个晶体管就是芯片的组成单元。在原极流出电流，就会流入晶体管结构中。这个栅极控制这电流，就相当于一个开关，主要负责控制中段和两端，也就是对芯片制程中的晶体管起到关电和放电的作用，互相影响传递信息。
芯片晶体管栅极的大小就是芯片的制程，通常都是制程越小，晶体管的密度就会更大，那么芯片的性能就会更加厉害。
就比如7纳米芯片，一平方毫米有一个晶体管。而5纳米芯片，每平方毫米的晶体管就达到了差不多两个。3纳米的芯片，每平方毫米就达到两点五个。
随着这个制程的提升，就比如7纳米芯片提升15%的性能，功耗降低25%，5纳米芯片性能提升20%，功耗降低35%。看起来制程越小芯片就越好，但其实也并不是这样的。人类对于技术和性能的追求是没有尽头的，就比如拥有5纳米，也不会放弃对1纳米和3纳米的追求。
而芯片首先要面对的一个关键问题，那就是这个电流的泄漏。晶体管的寸小不断缩小，栅极和原极之间的那条线路也会跟着缩小。到了一定的时候，就算没增加电压，也会因为距离过小产生漏电现象。
就像两条直流高压线，相隔,米没事，不会漏电。缩短到相隔50米，也不会漏电。但是5米、2米、1米的距离呢？那肯定就会发生严重的漏电现象！芯片的晶体管，发生了漏电现象，晶体管的开关功能也就丧失了。那逻辑电路压根就无法工作。
在这个芯片刚发展到不超过22纳米的时候，就因为晶体管之间的距离过短，发生过漏电现象。华科大的胡正明教授出现，才拯救了摩尔定律，成了那个唯一的男人。因为胡教授发明了3D鳍式场效晶体管，摩尔定律才能得以延续。把漏极原极改为垂直，勾到了栅极进行三面环绕，这个漏电现象才得以解决。
虽说平面晶体管电压和性能都更好，电流密度和切换，以及缩放速度都有所提高。但是芯片的宽度深度不断拉高，一样还是会面临着物理极限。
就比如5纳米的硅基芯片，这绝对就是一个技术分水岭。环绕栅极晶体管，在这时候就发挥了作用，成为了一个新选择。因为那些不同沟道，就被栅极晶体管进行四面包围。这个电流也跟流畅，电流的控制也能得到进一步改善。栅极长度也因此得到了优化，设计和制造芯片制程中产生的问题。也跟随着新技术的出现，从而得到改善。
那个台积电的1纳米工艺，虽然还停留在PPT上。但是也取得了一些突破。把这个金属作为二维材料，然后跟电机接触。电流提高的同时，电阻也得到了降低，跟量子极限的能效又近了一步。
但是芯片的制程越是先进，真正的性能就可以发挥出来吗？但实际的真实情况，貌似不是这样。虽然芯片行业的专业人士总是说，5纳米制程的芯片，在功耗和性能上，都要比7纳米提升百分之二三十。但是拿一台5纳米芯片的手机，和一台7纳米芯片的手机，来玩同一款游戏去对比，好像并没有跟这些专业人士宣称的那样提升性能。反而制程更先进的芯片，在耗电和发热问题上，那是经常会翻车的。手机玩着玩着就会发烫，然后这个电量很快就没了。一天要充电三次四次，让人们烦不胜烦。手机老是没电，巴不得随身携带一个小型发电机。
芯片的耗电方面，可以分为静态和动态两方面。电路状态发生变化产生的功耗叫做动态耗电，比如我们玩手机的时候，就是动态耗电。而静态功耗，那就是芯片的晶体管，泄露电流产生的功耗。就比如有时候，我们手机明明放口袋里，就是待在房间里。房间温度也不热，然后手机自己自然发烫。
虽说每个晶体管泄露的电流小到可以忽略不计，但是一颗芯片的晶体管数量那么多。高端的芯片，比如5纳米的芯片，就有上百亿颗集成晶体管。过多的晶体管漏电，芯片整体的静态功耗就比较大。
所以有时候，我们的手机放口袋里，环境温度明明不高，但手机也会发烫。就比如苹果12搭载的5纳米芯片，也是最早商用的。最初购买的用户，就有部分用户，没有在后台开程序，就遇到了耗电太快的问题。
5纳米的A14芯片，晶体管数量就高达亿个。一个晚上的待机，就下降百分之二三十的电量。不过华为的麒麟处理器也不错，亿晶体管。比A14多了不少，也是目前最完整的5G芯片。只不过因为高端光刻机问题，所以暂时也很尴尬。
当然骁龙，也是最多人吐槽的。性能对比之前的芯片是有所提升，但是这个功耗，实在是不敢恭维，还有这个发热问题，也更是被放大。
如今这么多年过去了，5纳米芯片发展了这么多年，真正的性能和实力，也都还没有发挥出来。如果这么发展下去，1纳米制程的芯片，会不会就是芯片的极限呢？
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最后我们不妨来做个小总结，芯片的种类和特性也大致的描述了。中低端的芯片，如今我们国内也都已经能够自给自足。而主要的还是高端的芯片，比如5纳米、3纳米、甚至是1纳米，你们怎么看呢？欢迎在评论区发表一下你的看法，今天的话题，就到这里吧。来一波