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为什么会有集成电路?集成电路和芯片有什么差异?

时间:2024-05-28 16:09:18来源:21ic电子网

导语:​集成电路是一堆器件的集成体,通过集成电路可以实现很多意想不到的功能。

  一、为什么会有集成电路

  集成电路(Integrated Circuit,IC)是采用特定的制造工艺,将晶体管、电容、电阻和电感等元件以及布线互联,制作在若干块半导体晶片或者介质基片上,进而封装在一个管壳内,变成具有某种电路功能的微型电子器件。集成电路产业既是当前国际政治和经济竞争的重要砝码,也是国际竞争最激烈以及全球资源流动和配置最彻底的产业。

  为什么会产生集成电路?我们知道任何发明创造背后都是有驱动力的,而驱动力往往来源于问题。那么集成电路产生之前的问题是什么呢?我们看一下1946年在美国诞生的世界上第一台电子计算机,它是一个占地150平方米、重达30吨的庞然大物,里面的电路使用了17468只电子管、7200只电阻、10000只电容、50万条线,耗电量150千瓦。显然,占用面积大、无法移动是它最直观和突出的问题;如果能把这些电子元件和连线集成在一小块载体上该有多好!我们相信,有很多人思考过这个问题,也提出过各种想法。典型的如英国雷达研究所的科学家达默,他在1952年的一次会议上提出:可以把电子线路中的分立元器件,集中制作在一块半导体晶片上,一小块晶片就是一个完整电路,这样一来,电子线路的体积就可大大缩小,可靠性大幅提高。这就是初期集成电路的构想,晶体管的发明使这种想法成为了可能,1947年在美国贝尔实验室制造出来了第一个晶体管,而在此之前要实现电流放大功能只能依靠体积大、耗电量大、结构脆弱的电子管。晶体管具有电子管的主要功能,并且克服了电子管的上述缺点,因此在晶体管发明后,很快就出现了基于半导体的集成电路的构想,也就很快发明出来了集成电路。杰克·基尔比(Jack Kilby)和罗伯特·诺伊斯(Robert Noyce)在1958~1959期间分别发明了锗集成电路和硅集成电路。

  二、集成电路与芯片的主要差异

  1、结构和组成

  集成电路通常包含多个电子组件,如晶体管、电阻器、电容器,这些组件被集成在一块硅片上。它们的设计侧重于完成特定的电子功能,如放大、计时或数据处理。相比之下,芯片通常指单一功能的集成电路,如微处理器,它们包含数百万至数十亿个晶体管,专门用于执行复杂的计算任务。

  2、制造工艺

  集成电路的制造涉及光刻、蚀刻、掺杂等多个步骤,用于在硅片上精确地布置电子组件。而芯片的制造更为复杂,要求更高的精度和更小的特征尺寸。随着技术的进步,芯片的制造工艺已经发展到极限尺寸,例如7纳米或5纳米工艺。

  3、功能与应用

  集成电路的功能广泛,从简单的放大器到复杂的数字信号处理器。它们被广泛应用于各种电子设备中,例如放大器、无线电接收器、电视机。而芯片,特别是微处理器,主要应用于计算机、智能手机等高性能计算设备中。

  4、性能参数对比

  功率消耗:高性能芯片(如高端微处理器)的功率消耗可能高达95瓦,而一般的集成电路功率消耗通常在毫瓦级。

  效率:集成电路在执行特定任务时通常更高效,因为它们被设计为专门完成这些任务。而芯片,尤其是通用微处理器,虽然功能强大,但在特定任务上可能不如专用集成电路高效。

  成本:集成电路的成本因类型和复杂性而异,但通常低于专业芯片。例如,简单的放大器集成电路可能只需几美元,而先进的微处理器可能成本高达数百美元。

  尺寸和规格:现代集成电路尺寸通常在几毫米到几厘米之间,而芯片尺寸主要受到制造工艺的限制,越是先进的芯片,其尺寸越小,集成度越高。

  寿命:集成电路的寿命通常在数年至数十年之间,取决于使用条件和质量。芯片的寿命可能受到更频繁的技术更新和更高的工作负载影响。

  材料:集成电路和芯片都主要使用硅作为基础材料,但在高性能芯片中,可能会使用更先进的材料,如砷化镓。

标签: 芯片

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