芯片現狀及發展趨勢

何文添(廣東省湛江第一中學 廣東 湛江 524038)

隨著移動互聯網、云計算、物聯網、大數據等新興產業的增長，電子信息產業進入的新的發展階段。控制、通信、人機交互和網絡互聯等融入了大量的新興的電子技術，設備功能越來越復雜，系統集成度越來越復雜。新興電子信息技術的發展依賴于半導體產業的不斷推動，因此，芯片作為一項核心技術，其使用變得越來越頻繁和重要。近些年，隨著我國科技的不斷進步與技術的不斷革新，芯片在軍事、工業制造甚至日常生活中都有著十分廣泛的應用，因此，對其發展情況及應用的論述非常有必要。

1 芯片的定義及特點

芯片一般指集成電路載體，由晶圓分割而成，亦指集成電路經過設計、制造、封裝、測試后的結果，通常是一個可立即使用的整體。芯片廣泛特點在于其體積小、重量輕、處理速度快、運行穩定、內部電路集成度高。不同用途的芯片也有不同優勢，如DSP芯片，不僅可以進行信號濾波，加強信號強度，也可以通過數據轉換，對數據進行處理，從而達到快速傳遞的作用。

2 芯片內部結構

以51單片機為例。

1)中央處理單元CPU(8位):用于數據處理、位操作(位測試、置位、復位)。

2)片內4K程序處理器Flash ROM:用于存放程序、一些原始數據和表格。

3)隨機存取器RAM(256B):用于存放可讀/寫的數據，如運算的中間成果，最終結果及欲顯示的數據等。

4)單行輸入/輸出口I/O(32線):用作系統總線、擴展外存，I/O接口芯片

5)串行輸入/輸出口UART(二線)串行通信、擴展I/O接口芯片

6)兩個定時器/計數器T(16位增量可編程):它與CPU之間各自獨立工作，當它計數滿時向CPU中斷

7)時鐘電路fost:分為內部振蕩器、外接振蕩器電路。

8)中斷系統:五源中斷、兩級優先，可編程進行控制

3 芯片的應用方向

由于芯片具有眾多優勢，因此其運用領域之廣，幾乎達到無孔不入的地步，以下主要以單片機與DSP芯片為主要陳述對象。

3．1、單片機主要應用領域有;

①軍事方面:如“數字地圖計劃”為了給士兵提供需要的一切信息，可把天氣數據、情報、敵友軍位置、空中成像等一切信息融合到一起，以數字方式存儲，并通過天線網絡傳輸給前線，若將數字地圖接入武器，不僅可提高武器精度，減少傷亡，亦可以使武器攻擊更智能化。

②工業方面:芯片高精度、處理速度快、造價低廉使其成為工業制造，控制系統的寵兒。例如多種測控系統、警報系統、過程控制及倉庫安全鑒測系統。

③智能化設備方面，其中最突出的是手機，其內部集成的專用型核心芯片，如高通驍龍、海思等，其運用范圍廣;其次，各種交通工具、家用電器的智能化也離不開芯片做的貢獻。

3．2、DSP芯片主要應用領域有;DSP技術應用廣泛，具有快速運算乘法的能力。基于此特點，DSP廣泛地應用于計算密集型的應用場合，比如典型的FFT、數字濾波算法。TI公司的DSP是目前市場上的主流DSP芯片，TI公司的DSP芯片主要發展為三類。其中C2000系列面向控制領域并具有高達300MHz的主頻。該系列可應用于大存儲設備管理、智能化儀器儀表、醫療器械、高速通信裝置、電源、電力系統控制、機器人、數控機床、信號處理等等。C5000系列是16位的定點DSP，具有低功耗、低成本和高性能的優勢。典型的應用有GPS接收機、數字音頻播放器、個人掌上電腦、數碼相機、調制解調器、環境監測等等。C6000系列是TI公司的超高性能系列，C67x浮點系列主頻率高達350MHz。典型應用有機器視覺、3D圖形處理、語言識別、雷達信號、無線發射機等。在未來的發展中，在推動技術發展方面有兩項關鍵的技術，即個人移動計算設備的開發和部署以及持續的進展，DSP技術也隨著快速發展。

簡單來說，應用方面有:

①信號處理方面:例如在移動設備通訊、雷達等領域中DSP芯片都有較為廣泛的應用。

②語音、圖像處理方面:如語言合成識別儲存及動畫、二維和三維圖像處理等。

4 芯片的發展趨勢

至今為止微電子技術的發展基本上都在遵循著“摩爾定律”，即單個芯片上的器件數量每18個月增長1倍，DRAM儲存量每3年提高到原來4倍。至今集成電路的集成度已提高了500萬倍左右，特征尺寸縮小了近200倍，單個器件成本下降了近100萬倍，單片集成度達到了數億個晶體管。芯片未來的發展方向毋庸置疑，體積更小、集成度更高、運行速度更快，作用更全面、成本更低。

21世紀是人類跨入信息時代的時間節點，這也對芯片生產、應用提出了更高的要求。芯片制造應用領域將會是新紀元最有活力的產業之一。

目前，中國芯片制造行業仍處于落后地位，近年來，國家加大了在IC行業的投資，情況有所好轉，但仍處于技術與人才缺乏的困境中。正因如此，芯片技術的進步更加顯得重要。