我們在日常工作和生活中，經常會使用到各種各樣的電子或電器產品，例如電腦、手機、電視、冰箱、洗衣機等。

這些產品，如果我們把它拆開，都會看到類似下面這樣的一塊綠色板子。

有時候是藍色或黑色的

大家都知道，這個綠色板子，叫做電路板。更官方一點的名稱，叫印製電路板，也就是PCB（Printed Circuit Board，國外有時候也叫PWB，Printed Wire Board）。

在PCB上，焊接了很多的電子元器件，例如電容、電阻、電感等。

我們還可以看到，有一些黑色的方形元件。

沒錯，這個元件，很可能就是一塊晶片（英文名叫做chip）。

█晶片的定義

晶片，其實是一個比較籠統的叫法。

對於電子設備來說，它藏在內部，又非常重要，相當於汽車的發動機、人的心臟，所以叫「芯」。從形態來看，它是一片一片的，所以叫「片」。合起來，就是「晶片」。

通常來說，晶片就是積體電路（integrated circuit）。兩者之間可以劃等號，互相換用。

積體電路是比較容易定義的。通過特定技術，將電晶體、電阻、電容、二極體等電子元件集成在單一基板上，形成一種微型電路，就叫積體電路。

如果這個基板，採用的是半導體材料（例如矽），或者說，積體電路由半導體材料晶圓製造而來，就屬於半導體積體電路。

我們傳統意義上說的積體電路，基本上都是指半導體積體電路。所有，有時候半導體、晶片、積體電路三個詞，也經常混用。

如果細摳的話，晶片和積體電路也還是有一些區別的。

部分行業觀點認為：

積體電路是電路，是基礎單元，主要強調實現某一功能，例如某一邏輯運算。在電路設計等場景，會更多用到這個叫法。

而晶片，是一個更宏觀、更產品化的概念。經過設計、製造、封裝和測試後，形成的可直接使用的產品形態，被認為是晶片。在強調用途的時候，人們會更多采用「晶片」的叫法，例如CPU晶片、AI晶片、基帶晶片等。

也有人將晶片定義為：「包含了一個或多個積體電路的、能夠實現某種特定功能的通用半導體元件產品」。或者說，晶片是半導體元件產品的統稱。

相比之下，半導體和積體電路的區別，更清晰一些：

半導體包括：積體電路+分立器件+光電子器件+傳感器。

積體電路和另外三個的主要區別，在於集成度。積體電路的電晶體數量，遠遠大於分立器件、光電子器件和傳感器。另外，襯底材料一般也不一樣。

目前，光電子器件，分立器件和傳感器的市場規模加在一起，也僅佔到全部半導體市場規模的10%左右。

所以，我們可以說：積體電路是半導體的最重要組成部分。

█晶片的分類

晶片是一套實現特定功能的電路。它具有模組化的特點，可以方便廠商快速地進行產品設計和研發，降低開發難度，縮短開發週期。

幾十年來，半導體工藝在摩爾定律的指引下飛速發展，晶片的尺寸越來越小，裡面容納的電路越來越多，使得電子產品的體積、成本以及功耗大幅下降。

它不僅改善了我們的生活品質，也引領了資訊技術革命，推動了整個人類文明的進步。

有了晶片，才有了手機

如今，晶片形成了非常廣泛的應用，也衍生出了很多類別。

世界半導體貿易統計組織（World Semiconductor Trade Statistics，WSTS）的分類方式較為權威、官方。他們將所有積體電路類別，分為：模擬（Analog）、微型（Micro）、邏輯（Logic）和儲存器（Memory）。

非官方層面，分類就比較隨意。

按照功能，我們經常將晶片分為：計算晶片、儲存晶片、通訊晶片、感知晶片、能源晶片、接口晶片。

我們比較熟悉的晶片類型，有以下幾種：

按照等級，晶片又可以分為消費級、工業級、汽車級、軍工級和航天級等。按照設計理念，還可以分為通用晶片（CPU、GPU等）、專用晶片（AISC）。

我們還可以按照工藝製程來分，例如大家經常聽說的28nm、14nm、7nm、5nm。或者，按照半導體材料來分，例如矽（Si）、鍺（Ge）、砷化鎵（GaAs）、氮化鎵（GaN）等。這些我們在後面講晶片製造流程時，都會再介紹。

事實上，現在我們除了電晶片之外，還發展出了光晶片（例如矽光技術），用光來代替電流來傳遞信號。

站在積體電路的角度，還有很多種分類。

按製作工藝，積體電路可以分為半導體積體電路和膜積體電路（膜積體電路用的是金屬和陶瓷等）。膜積體電路又分為厚膜（thick-film）積體電路和薄膜（thin-film）積體電路。

按照電路屬性，我們還可以分為數字積體電路、模擬積體電路和混合信號積體電路。

數字積體電路，顧名思義，處理的都是數字信號。它在我們身邊出現得最多，例如微處理器（CPU、GPU等）、數字信號處理器（DSP）和微控制器（MCU）等，都是數字積體電路。

模擬積體電路，較多用於傳感器、電源晶片、運放等，主要用於模擬信號的放大、濾波、解調、混頻等功能。

混合信號積體電路，是模擬和數位電路集成在一個晶片上。大家應該能猜到，模數（ADC）和數模（DAC）轉換晶片，就屬於這類。

按照晶片上所集成的微電子器件的數量（規模），積體電路可以分為以下幾類：

更專業一點，按導電類型，積體電路還可以分為雙極型積體電路和單極型積體電路。

雙極型積體電路的製作工藝複雜，功耗較大，代表積體電路有TTL、 ECL、HTL、LST-TL、STTL等類型。

單極型積體電路的製作工藝簡單，功耗也較低，易於製成大規模積體電路，代表積體電路有CMOS、NMOS、PMOS等。

上面這些名詞，後續小棗君在介紹晶片的工作原理時，都會詳細解釋。

█晶片的內部構造

前面我們提到，晶片看上去都是黑色方片狀。

有時候，它還會有銀色的金屬蓋板（加強保護，也利於散熱）。例如我們的CPU：

CPU蓋板

CPU外觀

晶片是經過封裝（晶片製造流程的一道工序）之後，才變成了這樣。

我們把「殼」拿掉，才能真正看到晶片的內部核心。用顯微鏡放大來看，是這樣的：

外圍一圈，是引腳（針腳）。細細的線，是引線。中間方形的部分，才是晶片真正的電路。

如果繼續放大來看，是這樣的：

換成3D效果，是這樣的：

沒錯，都是立體的，有很多很多層，密密麻麻，就像一個超級迷宮，也像一座未來城市。

圖上，一根一根的，都是連線。而它們連接的對象，就是電晶體。

晶片中電晶體的數量，通常代表了這個晶片的能力。電晶體越多，電路就越多，功能和算力就更強。現在很多廠商發佈晶片，總是會強調晶片裡面擁有多少多少電晶體，就是這個意思。

英偉達的H100 GPU，擁有800億電晶體

晶片有簡單的（相對來說），也有複雜的。一些複雜的晶片，還會分為各個不同的功能模組。這些模組共同組成一個系統，就變成了SoC（System on Chip，片上系統，系統級晶片）。

我們的手機主晶片，例如高通驍龍、聯發科天璣、華為麒麟，都是典型的SoC晶片。晶片上包括了CPU、GPU、APU、ISP、基帶、射頻，等等。

那麼，問題來了，晶片裡面的電晶體，為什麼能夠完成計算、儲存等五花八門的工作？

我們常說的邏輯閘、MOSFET、FinFET、PN接面，又是什麼意思呢？

未完待續……

敬請期待：

《篇2：晶片的工作原理》

《篇3：晶片的製造過程》

鳴謝：本文寫作過程得到了北京國際工程諮詢有限公司高級經濟師兼北京半導體行業協會副秘書長朱晶老師的指導，特此感謝！