超全面的芯片百寶箱，十種最常見(jiàn)的芯片產(chǎn)業(yè)特點(diǎn)

　　芯片作為一種最常見(jiàn)的產(chǎn)品，廣泛應(yīng)用于生活的方方面面，隨著國(guó)家對(duì)芯片產(chǎn)業(yè)的重視加強(qiáng)，越來(lái)越多的中國(guó)芯片企業(yè)開(kāi)始在全球市場(chǎng)上嶄露頭角。芯片并非千篇一律，目前廣泛應(yīng)用的芯片有近百種，常見(jiàn)的也很多，比如下面的十種芯片，它們的產(chǎn)業(yè)特點(diǎn)是什么，一起來(lái)學(xué)習(xí)下吧!

　　一、ADC芯片產(chǎn)業(yè)的特點(diǎn)

　　目前ADC芯片主要的供應(yīng)商是德州儀器、亞德諾等公司，中國(guó)是全球最主要的ADC芯片需求方，但是國(guó)內(nèi)能造出高精度的ADC芯片企業(yè)微乎其微，即便造出來(lái)了，性能和價(jià)格也無(wú)法跟上市場(chǎng)的節(jié)奏?？梢赃@么說(shuō)，在核心的ADC芯片供給率上，國(guó)產(chǎn)占有率幾乎為零。

　　芯片有幾千種，ADC芯片就是最難造的幾種之一。ADC也叫模數(shù)轉(zhuǎn)換器，是指將連續(xù)變化的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為離散的數(shù)字信號(hào)的器件。真實(shí)世界的模擬信號(hào)，例如溫度、壓力、聲音或者圖像等，需要轉(zhuǎn)換成更容易儲(chǔ)存、處理和發(fā)射的數(shù)字形式。模/數(shù)轉(zhuǎn)換器可以實(shí)現(xiàn)這個(gè)功能，在各種不同的產(chǎn)品中都可以找到它的身影，在實(shí)際應(yīng)用中，為了實(shí)現(xiàn)微型化，通常做成ADC芯片。

　　造芯片是非常精密的工藝，通常芯片單位為納米，一納米也就是十萬(wàn)分之一毫米，這對(duì)設(shè)計(jì)、制造工藝都有非常嚴(yán)格、高標(biāo)準(zhǔn)的要求。僅從產(chǎn)品種類來(lái)說(shuō)，芯片的種類就有幾十種大門類，上千種小門類，如果涉及設(shè)備流程的話就更多了。以通信基站為例，里面有上百顆芯片，基站發(fā)射回收信號(hào)，收回信號(hào)后首先要有芯片濾波;然后還有芯片將這種特別小的信號(hào)放大;再有芯片進(jìn)行解析、處理;然后是芯片負(fù)責(zé)傳輸、分發(fā)等等，每個(gè)過(guò)程都需要芯片處理。

　　由于系統(tǒng)的實(shí)際對(duì)象往往都是一些溫度、壓力、位移、圖像等模擬信號(hào)，要使計(jì)算機(jī)或數(shù)字產(chǎn)品等能識(shí)別、處理這些信號(hào)，必須首先將這些模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，這就需要ADC。而經(jīng)計(jì)算機(jī)分析、處理后輸出的數(shù)字量也往往需要將其轉(zhuǎn)換為相應(yīng)模擬信號(hào)才能為執(zhí)行機(jī)構(gòu)所接受。

　　據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，2017年ADC芯片銷售額為545億美元，預(yù)計(jì)到2022年，全球ADC芯片市場(chǎng)規(guī)?？蛇_(dá)748億美元，市場(chǎng)前景非?？捎^。未來(lái)幾年支撐ADC芯片增長(zhǎng)的主要驅(qū)動(dòng)力是5G、人工智能、物聯(lián)網(wǎng)、汽車電子等新興應(yīng)用，這些相關(guān)的產(chǎn)品或技術(shù)對(duì)信號(hào)處理的需求大漲。

　　高精度的ADC芯片難造，目前幾乎一半的電子產(chǎn)品中，都有ADC芯片，隨著客戶對(duì)電子產(chǎn)品信號(hào)要求越來(lái)越高，高精度的ADC芯片成市場(chǎng)剛需。全球能生產(chǎn)出高性價(jià)比的高精度的ADC芯片的企業(yè)不到十家，而又以美國(guó)企業(yè)為主。一款好的ADC芯片體現(xiàn)在高精度、低功耗、轉(zhuǎn)換效率等指標(biāo)上，目前制造ADC芯片的溫度傳感器和高精度振蕩器非常緊缺，這也是國(guó)內(nèi)企業(yè)的一大痛點(diǎn)。

　　除此之外，隨著全球微型化工藝的進(jìn)步，ADC芯片在尺寸上越來(lái)越小;同時(shí)客戶對(duì)芯片的耐操性逐漸提升，這要求芯片在選型上更加精確，這給芯片的通道選擇、PGA選擇、輸出速率等選擇上增加了很大的難度，對(duì)于初創(chuàng)企業(yè)而言，進(jìn)軍ADC芯片就是一個(gè)不斷挑戰(zhàn)的“巨坑”。

　　ADC芯片產(chǎn)業(yè)更新?lián)Q代快，芯片產(chǎn)業(yè)遵循摩爾定律，集成電路上可容納的元器件的數(shù)目，約每隔18-24個(gè)月便會(huì)增加一倍，性能也將提升一倍，也就是每一美元所能買到的電腦性能，將每隔18-24個(gè)月增加一倍。ADC芯片產(chǎn)業(yè)比普通的芯片更新迭代更快。據(jù)悉，全球ADC芯片行業(yè)大致以4-6年為一個(gè)周期，更新的速度與宏觀經(jīng)濟(jì)、下游應(yīng)用需求及自身產(chǎn)能庫(kù)存等因素密切相關(guān)，電子產(chǎn)品更新快，那么ADC芯片性能必然也快。

　　ADC芯片生產(chǎn)工序多，芯片制造本來(lái)涉及的工藝多，幾千道工序想想就可怕。ADC芯片相對(duì)于普通芯片，生產(chǎn)的工序非常復(fù)雜。ADC芯片一般包含操作寄存器、中斷寄存器、轉(zhuǎn)換存儲(chǔ)控制器，在工藝制造過(guò)程中，ADC芯片有一個(gè)步驟需要消除ADC發(fā)泡劑工序產(chǎn)生的酸霧和雜質(zhì)，這樣才能保住轉(zhuǎn)換信號(hào)的精度，在制造上，對(duì)機(jī)器和環(huán)境的要求頗高。

　　二、硅光芯片產(chǎn)業(yè)

　　硅光芯片是光子芯片中最常見(jiàn)的一種，這種芯片利用的是半導(dǎo)體發(fā)光技術(shù)。2016 年，科學(xué)家們提出了一種使用光子代替電子為理論基礎(chǔ)的計(jì)算芯片架構(gòu)，由于光和透鏡的交互作用過(guò)程本身就是一種復(fù)雜的計(jì)算，并使用多光束干涉技術(shù)，就可讓相關(guān)系尋反應(yīng)所需要的計(jì)算結(jié)果，這種芯片架構(gòu)也叫可程序設(shè)計(jì)納米光子處理器。

　　近日，有媒體報(bào)道，我國(guó)自行研制成功的“100G硅光收發(fā)芯片”正式投產(chǎn)使用。據(jù)OFweek電子工程網(wǎng)獲悉，這款硅光芯片面積不到30平方毫米，但是上面集成了光發(fā)送、調(diào)制、接收等六十多個(gè)有源和無(wú)源光元件，是目前國(guó)際上已報(bào)道的集成度最高的商用硅光子集成芯片之一。

　　能取得這樣的成績(jī)并不驚訝，因?yàn)槲覈?guó)對(duì)硅光芯片產(chǎn)業(yè)非常重視。一方面是由于我國(guó)是通訊大國(guó)，通訊技術(shù)是衡量大國(guó)的關(guān)鍵指標(biāo)之一，而光通信最關(guān)鍵的技術(shù)就是光子芯片;另一方面是我國(guó)電子芯片產(chǎn)業(yè)相對(duì)薄弱，全球光子芯片產(chǎn)業(yè)剛剛起步，對(duì)于我們并肩歐美甚至趕超，這是一個(gè)很好的超車機(jī)遇。

　　我們要想真正在硅光芯片上成為全球的領(lǐng)導(dǎo)者，不是砸點(diǎn)資金和人力就可以實(shí)現(xiàn)。因?yàn)槟壳懊绹?guó)、日本在這個(gè)產(chǎn)業(yè)上也投入了重金和精力，中國(guó)的優(yōu)勢(shì)并不明顯，甚至有點(diǎn)落后。目前，國(guó)內(nèi)僅有光迅科技、海信、華為、烽火等少數(shù)廠商可以生產(chǎn)中高端芯片，但總體供貨有限，高端芯片嚴(yán)重依賴于博通、三菱等美日公司。

　　硅光芯片發(fā)展的技術(shù)難題有很多。包括硅光子芯片技術(shù)的設(shè)計(jì)痛點(diǎn)，硅光芯片的設(shè)計(jì)方面面臨著架構(gòu)不完善、體積和性能平衡等難題。硅光芯片的設(shè)計(jì)方案有三大主流：前端集成、混合集成和后端集成。前端集成的缺點(diǎn)是面積利用率不高、SOI襯底光/電不兼容、靈活性低和波導(dǎo)掩埋等，在工藝上的成本超高;后端集成在制造方面難度很大，尤其是波導(dǎo)制備目前而言很有挑戰(zhàn);至于混合集成，雖然工藝靈活，但成本較高，設(shè)計(jì)難度大。

　　硅光子芯片技術(shù)的制造難題，硅光芯片的制造工藝面臨著自動(dòng)化程度低、產(chǎn)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一、設(shè)備緊缺等技術(shù)難關(guān)。由于光波長(zhǎng)難以壓縮，過(guò)長(zhǎng)的波長(zhǎng)限制芯片體積微縮的可能。同時(shí)光學(xué)裝置須要更精確的做工，因?yàn)楣馐鴤鬏數(shù)男┪⑵顣?huì)造成巨大的問(wèn)題，相對(duì)需要高技術(shù)及高成本。光子芯片相關(guān)的制程技術(shù)尚有待完善，良品率和成本將是考驗(yàn)產(chǎn)業(yè)的一大難題。

　　硅光子芯片面臨的封裝困擾，芯片封裝是任何芯片的必經(jīng)流程，關(guān)于硅光子的芯片封裝問(wèn)題，這是目前行業(yè)的一大痛點(diǎn)。硅光芯片的封裝主要分為兩個(gè)部分，一部分是光學(xué)部分的封裝，一部分是電學(xué)部分的封裝。從光學(xué)封裝角度來(lái)說(shuō)，因?yàn)楣韫庑酒捎玫墓獾牟ㄩL(zhǎng)非常的小，跟光纖存在著不匹配的問(wèn)題，與激光器也存在著同樣的問(wèn)題;不匹配的問(wèn)題就會(huì)導(dǎo)致耦合損耗比較大，這是硅光芯片封裝與傳統(tǒng)封裝相比最大的區(qū)別。用硅光做高速的器件，隨著性能的不斷提升，pin的密度將會(huì)大幅度增加，這也會(huì)為封裝帶來(lái)很大的挑戰(zhàn)。

　　產(chǎn)業(yè)相關(guān)的器件難題，硅光芯片需要的器件很多，而目前仍有很多相關(guān)技術(shù)難題未解決。如硅基光波導(dǎo)主要面臨的產(chǎn)品化問(wèn)題：硅基光電子需要小尺寸、大帶寬、低功耗的調(diào)制器。有源光芯片、器件與光模塊產(chǎn)品是重點(diǎn)器件，如陶瓷套管/插芯、光收發(fā)接口等組件技術(shù)目前尚未完全掌握。

　　在摩爾定律的推動(dòng)下，經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展，電子芯片逐漸遇到性能瓶頸，尤其是速度與大數(shù)據(jù)帶來(lái)的巨大壓力。光子芯片具有明顯的速度優(yōu)勢(shì)，可使芯片運(yùn)算速度得到巨大提升。伴隨著人工智能、物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展，光子芯片在智能終端、大數(shù)據(jù)、超算等領(lǐng)域?qū)l(fā)揮巨大作用。正是有著如此多的優(yōu)勢(shì)和特點(diǎn)，在大數(shù)據(jù)、生命科學(xué)、激光武器等高端領(lǐng)域其作用不可替代。未來(lái)，光子芯片的前景廣闊，其應(yīng)用未必比電子芯片少?？梢灶A(yù)見(jiàn)的是， 將來(lái)是一個(gè)光子芯片、電子芯片平分天下的局面。