按照不同的處理信號分類，芯片可以分為：數字芯片、模擬芯片和數模混合芯片。數字芯片用于產生、放大和處理各種數字信號。模擬芯片用于產生、放大和處理各種模擬信號。

模擬信號是指隨著時間連續變化的信號，如正弦波電壓信號、攝相機攝下的圖像、錄音機錄下的聲音、車間控制室所記錄的壓力、轉速、濕度等。數字信號是指在時間上和數量上都不連續變化的信號，也可理解成離散的信號，如矩形電壓信號、十字路口的交通信號燈、數字式電子儀表、自動生產線上產品數量的統計等。

數字芯片包括各類通用處理器、存儲器、微控制器（MCU）等，生活中各類電子產品中控制器、移動硬盤等核心部件，以及實驗室的檢測設備如數字示波器、數字信號發生器中，都需要數字芯片。模擬芯片包括模數轉換芯片（ADC）、運算放大器、線性穩壓器、基準電壓源等。數模混合芯片則包括數模轉換器、基帶芯片、接口芯片等。

數字芯片、模擬芯片和數模混合芯片具體包括以下類型：

數字芯片的分類

? 通用處理器：通用處理器是由大量的邏輯電路組成的，它包含了控制、存儲、運算、輸入輸出等部分，形成了一個完整的數據和信息處理系統，被稱為電子產品和信息系統的大腦和中樞。常見的通用處理器包括中央處理器（CPU）、圖像處理器（GPU）、數字信號處理器（DSP）、加速處理器（APU）等。CPU用于管理、調度和控制電子產品和信息系統各組成部分協調高效工作；GPU、DSP、APU接受CPU管理，但可以獨立完成其特有的功能，例如圖像顯示、圖形處理、數據和信息的處理等。

Intel酷睿i7CPU芯片

? 存儲器：存儲器是用于存儲數據和信息的芯片。包含靜態存儲器（SRAM）、動態存儲器（DRAM）、只讀存儲器（ROM）、閃存（Flash）等。SRAM與DRAM稱為易失性存儲器，SRAM用于電子產品中存儲數據，在通電過程保持數據不變，斷電后數據丟失；DRAM在通電過程中通過定時刷新保持數據不變，斷電后數據丟失。ROM和Flash稱為非易失性存儲器，ROM一旦寫入數據后，不論通電與否都不會丟失；Flash在通電過程中保持數據不變，斷電也不丟失。

? 單片系統（SoC）：單片系統就是把一個電子系統全部集成到一顆芯片中。只要給SoC芯片加上電源和少量外部電路，就可以實現一個完整的電子產品或系統的功能。例如音視頻播放器（MP4）、汽車導航儀等都可以用一個SoC芯片加少量外部元器件來實現。

華為海思的5G手機SoC芯片-麒麟9000

（圖源：華為海思官網）

? 微控制器（MCU）：微控制器是簡化版的CPU，通常也稱為單片機，是一個完整的微型計算機，只需要供電或加上極少的外圍電路即可工作。常見的MCU有MCS-51系列、STM32系列、STC系列等。從陽臺定時澆花器、電飯鍋、電冰箱等的控制，到儀器、儀表、工業自動化生產線等的控制，再到高鐵、飛機等的系統控制，MCU都是重要的組成部分。

STM32系列MCU

? 可編程邏輯器件（PLD）：上述芯片都屬于固定邏輯電路的芯片，它們從代工廠生產出來后，功能就被固定下來，不能再進行任何大的改變。PLD由工廠生產出來后，其功能還沒有確定，需要設計人員按需求進行編程后，芯片才能表現出想要的功能。因此，PLD芯片也稱為半定制芯片。常見的現場可編程門陣列（FPGA）和復雜可編程邏輯器件（CPLD）都屬于PLD。與中、小規模邏輯集成器件相比，PLD在原型系統開發、集成度、功耗和系統可靠性等方面有顯著的優勢。但是對于規模更大、更復雜的教字系統，CPLD和FPGA設計實現大型數字系統已成為普遍應用的方法。了解更多FPGA基礎知識，詳見FPGA芯片知多少。

模擬芯片的分類

分立器件和模組(二極管、三極管、MOSFET、IGBT等)：這些器件和模組也是采用集成電路平面工藝制作而成，雖然封裝成器件和模組的形式，外觀不像一般的芯片，但它們也屬于集成電路的范疇。

場效應管主要有兩種類型，分別是結型場效應管（JFET）和絕緣柵場效應管（MOS管）。MOS管即MOSFET，是絕緣柵場效應管，可分為N溝耗盡型和增強型、P溝耗盡型和增強型四大類。MOSFET用于開關電源、鎮流器、高頻感應加熱、高頻逆變焊接機、通訊電源等高頻電源。

IGBT是絕緣柵雙極型晶體管，是由晶體三極管和MOS管組成的復合型半導體器件。IGBT作為新型電子半導體器件，具有輸入阻抗高、電壓控制功耗低、控制電路簡單、耐高壓、承受電流大等特性。在焊接、逆變器、電鍍電源、超音頻感應加熱等領域有著廣泛的應用。

? 電源電路：用于把200V、50Hz的交流電轉換成不同輸出電壓和電流的直流電，作為各種電子產品和系統的電源。

? 信號檢測電路：用于檢測微弱的電信號，經過濾波、放大等多種前端處理后，變成便于處理的大信號或者數字信號。

? 濾波器芯片：在日常手機通話時，有無數條不同頻道的電磁波在運動著，而使我們同頻聊天不受其它電磁波干擾的芯片，就是濾波器芯片。濾波電路用于信號的提取、變換或抗干擾。它是一種選頻電路，可以使信號中特定的頻率成分通過，同時極大地衰減其他頻率成分。

? 信號發生器：信號發生器芯片用于產生正弦波、矩形波、三角波、鋸齒波等。它主要包括各種函數信號發生器、特殊頻率、波形和脈沖信號發生器等。

? 放大器：放大器芯片用于對信號的電壓、電流或功率進行放大，有著很大的信號覆蓋能力，能大力增強信號。主要包括前置放大器、運算放大器和功率放大器等十多種放大器芯片。

? 射頻芯片：指的是將無線電信號通信轉換成一定的無線電信號波形, 并通過天線諧振發送出去的電子元器件。射頻芯片種類很多，包括射頻前端和射頻后端，其中射頻后端主要就是基帶芯片。而射頻前端則主要包括:射頻天線、射頻開關、功率放大器（PA）、低噪放大器（LNA）、濾波器等。

數模混合芯片的分類

? 數模轉換器芯片：包括A/D轉換器芯片和D/A轉換器芯片。模數轉換器即A/D轉換器，或簡稱ADC，A代表模擬量，D代表數字量，通常是指一個將模擬信號轉變為數字信號的電子元件。數模轉換器，又稱D/A轉換器，簡稱DAC，它是把數字量轉變成模擬的器件。

? 光電轉換電路：光電轉換芯片是實現光通信和光電系統不可或缺的芯片種類。包括光電耦合器件、光電探測器二極管、光敏三極管、光敏電阻器等。

? 基帶芯片：用來合成即將發射的基帶信號，或對接收到的基帶信號進行解碼。手機基帶芯片主要由微處理器、信道編碼器、數字信號處理器、調制解調器和接口模塊組成。

? 調制解調芯片：調制解調芯片是實現調制、解調功能的芯片。調制是把變化著的基帶信號轉成對應變化著的載波的幅度（調幅）、頻率（調頻）或相位（調相）等模擬量。解調是把變化著的載波的幅度（調幅）、頻率（調頻）或相位（調相）等模擬量轉成對應變化著的基帶信號。調制解調芯片在無線電收發報機、無線廣播電視、無線通信、寬帶網絡和光纖網絡等方面廣泛應用。

? 接口芯片：接口芯片相當于人的“四肢”，同樣可以用于傳遞信息和數據。常見的接口芯片包括通用串行總線芯片（USB）、高清多媒體接口芯片（HDMI）。USB是一個外部總線標準，是應用在PC和手機領域的一種接口技術，例如電腦的USB插口、手機的USB充電線。HDMI是一種全數字化視頻和聲音發送接口，可以發送未壓縮的音頻及視頻信號。例如筆記本電腦、電視、機頂盒就有HDMI接口。

? 傳感器：傳感器用來測量和感知現實世界中的各種物理量，例如磁力、運動、壓力、溫度、濕度、圖像、聲音等。主要包括CMOS圖像傳感器（CIS）、微機電系統（MEMS）、觸摸/觸控芯片（Touch）等。CIS是將光學圖像轉換成電子信號的電子設備，相當于人的視網膜，其在手機、相機乃至衛星的拍攝成像中必不可少。MEMS是按功能要求在芯片上把微電路和微機械集成于一體的系統，例如手機中的磁傳感器、指紋傳感器、環境傳感器等。Touch對環境變化具有靈敏的自動識別和跟蹤功能，我們日常使用的手機和平板電腦就內含觸控芯片。

按照常見的使用功能分類，芯片可以分為：處理器芯片、存儲器、傳感器、電源管理芯片、通信芯片、接口芯片、專用集成電路（ASIC）。

按照功能劃分芯片

其中，處理器芯片、存儲器、傳感器、通信芯片和接口芯片都在上文中介紹過，此處不再贅述。

電源管理芯片是電子設備系統中承擔電能檢測、分配、轉換等電源管理職責的芯片，主要負責識別CPU的電源幅值，促進后期電路的功率輸出，是所有電子設備中不可缺少的裝置。常見的電源管理芯片主要包括低壓差線性穩壓器（LDO）、DC/AC轉換器芯片、電池管理芯片、驅動芯片、開關電源控制芯片。LDO是輸入/輸出壓差低的線性調整器，在限定電源和供電能力下提供穩定的輸出電壓；驅動芯片主要是通過電壓、電流等信號的調整來驅動電子器件正常運行以及運行控制，包括LED驅動、LCD驅動、電機驅動等；開關電源控制芯片中應用的電力電子器件主要為二極管、IGBT和MOSFET。

專用集成電路（ASIC）：ASIC被認為是一種為專門目的而設計的集成電路，是指應特定用戶要求和特定電子系統的需要而設計、制造的芯片，也稱全定制芯片。例如二代身份證里的芯片，一證對應著一人。

按照工藝制程分類，芯片可以分為：5nm芯片、7nm芯片、14nm芯片、28nm芯片……芯片的納米數是制造芯片的制程，其實就是指CMOS器件的柵長，或指晶體管電路的特征尺寸，距離越小就能在同等大小的面積上集成更多的晶體管，芯片就能做得越復雜，越先進性能越好，功耗越低。

以手機芯片為例，電流從源極（Source）流入漏極（Drain），柵極（Gate）相當于閘門，主要負責控制兩端源極和漏極的通斷。而柵極的最小寬度（柵長）就是工藝制程。手機芯片的工藝制程越小，柵極寬度就越小，意味著閘門通道越小，單位面積所容納的晶體管就會越多，芯片就越先進，性能就越強。

集成電路芯片常用的半導體材料是硅。隨著半導體技術的提升，尋找新的半導體材料，成了一個重要方向。半導體材料目前已經發展至第三代。

[敏感詞]代半導體材料：硅（Si）和鍺（Ge）。

硅（Si）：是目前應用最廣泛的半導體材料，常見的用硅制成的芯片有CPU、GPU、存儲芯片等。

鍺（Ge）：是早期晶體管的材料，活躍在光纖、太陽能電池等領域。

第二代半導體材料：第二代半導體材料與[敏感詞]代有本質的不同，[敏感詞]代半導體的硅和鍺屬于單質半導體，也就是由單一物質構成。而第二代屬于化合物半導體材料，由兩種或兩種以上元素合成而來，適用于制作高速、高頻、大功率以及發光電子器件，是制作高性能微波、毫米波器件及發光器件的優良材料，廣泛應用于衛星通訊、移動通訊、光通信、GPS導航等領域。第二代半導體材料常見的是砷化鎵（GaAs）和磷化銦 （InP）。

第三代半導體材料：第三代半導體同樣屬于化合物半導體材料，具有更寬的禁帶寬度、更高的導熱率、更高的抗輻射能力等特性，更適合于制作高溫、高頻、抗輻射及大功率電子器件。第三代半導體材料常見的是碳化硅（SiC）和氮化鎵（GaN）。目前，5G基站、新能源汽車和快充等都是第三代半導體的重要應用領域。

雖然這幾代半導體材料聽起來像是迭代的產品，但其實它們并不是替代關系，它們的特性不同，應用的場景也不一樣。

三代半導體材料對比表

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智能手機中集成了大大小小上百顆芯片，這些芯片協同工作，才能帶來非凡的使用體驗。例如，手機屏幕顯示各種顏色需要屏幕驅動芯片，發出聲音需要音頻處理芯片，存儲照片需要存儲芯片，指紋識別需要指紋識別芯片，手機電池需要電源管理芯片等。智能手機的芯片可以分為以下類型：

手機芯片的分類

最重要的手機芯片是應用處理器（AP），是手機里的最強大腦和神經中樞，AP是在低功耗的中央處理器（CPU）的基礎上擴展音視頻功能的專用接口的超大規模集成電路。每年新手機發布時，廠商宣傳的高性能芯片就是AP，例如華為的麒麟系列、蘋果公司的A系列、三星的Exynos系列等。

不同功能的實現對處理器性能的要求也不一樣。因此，手機中還會有一些單獨設計的協處理器，協助AP完成全面的手機功能，例如圖像處理芯片（GPU）、音頻處理芯片等。

手機的核心功能是通信，離不開射頻芯片和基帶芯片。射頻芯片負責射頻收發、頻率合成和功能放大；基帶芯片負責信號處理和協議處理。基帶芯片可以合成即將發射的基帶信號，并且解碼接收到的基帶信號。發射基帶信號時，把音頻信號編譯成基帶碼；接收信號時，把基帶碼譯碼為音頻信號。射頻芯片將信號放大，通過手機天線，就可以將信號發射到空中，再通過通信網絡傳輸給對方。5G手機與4G手機的[敏感詞]區別，在于是否支持5G網絡。而5G網絡的支持與否，主要由手機的基帶芯片決定。基帶芯片是用來合成即將發射的基帶信號，或對接收到的基帶信號進行解碼的芯片，有點像手機的“網卡”、“貓（調制解調器）”。

手機的存儲空間與存儲芯片緊密相連。一般而言，我們常說的8GB+128GB，前者8GB指的是運行內存（RAM），是手機在運行的軟件和系統占用的內存，它的作用就是讓手機可以同時運行多個App，保障足夠的運行內存，也是保障手機運行程序流暢的基礎。RAM的作用，可以概括成一句話：RAM越大，可同時運行的程序就越多，一些需要大量存儲空間的游戲也越流暢。同等CPU配置的情況下，RAM越大手機運行就越流暢。后者128GB一般是指存儲內存（ROM），其作用和電腦上的硬盤類似，用來存儲手機運行時的緩存和用戶存儲的數據，它決定了手機能儲存多少照片和視頻，下載多少游戲。

除上述芯片之外，負責各種具體功能的芯片則分布在手機內的各個角落。例如電源管理芯片、屏幕觸摸控制器、無線充電控制器等芯片。可以說，手機內部結構非常復雜，就像一座小型的城市，各種芯片各司其職，共同支撐起手機功能的實現，才有了如今通信、工作、娛樂各項全能的智能手機。

在汽車的胎壓監測系統TMPS、攝像頭、整車控制器、自動駕駛域控制器等模塊，各種芯片是必不可少的。

汽車芯片可大致分為三大類：“微控制單元（MCU）”、“功率半導體”和“傳感器”。

汽車芯片的分類

MCU是微控制單元，主要是指處理器和控制器芯片。它在一顆芯片上集成了計算核心、存儲核心和對接接口等模塊，小到車窗升降，大到駕駛輔助都需要用到MCU。汽車內部包含電子控制系統、信息娛樂系統、動力總成系統、車輛運動系統等，這些系統下面又存在著眾多子功能項，每個子功能項背后都有一個控制器，控制器內部會有一顆MCU。目前流行的“自動駕駛系統”也離不開MCU。

汽車功率半導體主要用于汽車動力控制系統、照明系統、燃油噴射、底盤安全系統等，主要負責功率轉換，多用于電源和接口。例如電動汽車用的IGBT功率芯片，以及場效晶體管MOSFET等。其中，功率半導體在傳統燃油車中一般用于啟動和發電等模塊；新能源汽車需要大量的功率半導體才能實現車輛電壓的頻繁變化。所以在新能源汽車中功率半導體是用量最多的器件。

汽車傳感器是汽車計算機系統的輸入裝置，其功能是將車速、各種介質的溫度、發動機的工作狀態等信息轉化為電信號輸給計算機，以便汽車處于[敏感詞]工作狀態。汽車傳感器常見類型有：發動機轉速傳感器、胎壓傳感器、水溫傳感器、車速傳感器等。

分類是認識一切事物的基礎。芯片是當前各界熱議和關注的話題，我國也在大力發展芯片產業。本文對芯片的分類這樣一個基本而重要的話題進行了探討，希望能夠對廣大讀者全面了解芯片產業和芯片的應用有一定的裨益。

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