看懂芯片原来这么简单
2022-05-25 14:34:42 3 举报AI智能生成
关于芯片的那些事儿
作者其他创作
大纲/内容
内容提要
关于芯片知识的科普漫画
内容来源于华为麒麟公众号
一、初识芯片
1.1芯片的前世今生
集成电路是什么
更多元器件被集成封装在一个盒子里，成为芯片
工艺是什么
制造工艺是集成电路的基石，集成电路是现代芯片的基石，
工艺越先进，晶体管体积越小，能效越出众
工艺越先进，单位面积内晶体管数量越多，性能越强
1.2芯片是如何设计的
前端设计=房屋设计师画图纸
了解用户需求，确定芯片框架
（房屋构想环节）
（房屋构想环节）
需求1：拍摄超高清视频
需求2：AI拍照
制定具体方案，建立架构设计
（房屋格局设计）
（房屋格局设计）
房屋格局设计：影音间、8核CPU、16核GPU……
电路设计
（房屋水电方案设计）
（房屋水电方案设计）
编辑代码
EDA验证
（房屋功能测试、水管道，暖气，投影机试播放）
（房屋功能测试、水管道，暖气，投影机试播放）
测试完备性，检验功能是否可实现，再进行优化调整
将RTL变成晶体管电路
（房屋物理版图）
（房屋物理版图）
后端制造=房屋建造师盖房子制造
芯片设计厂商>半导体制造厂商>半导体封测厂商
后端制造=房屋建造师盖房子
半导体制造厂商拿到GDS后，将硅晶圆加工成裸片
封装测试=房屋装修师搞装修
将裸片封装，制作成正常工作的芯片
二、解构芯片
2.1存储器（Memory），数据的安身之处
内存
4GB、8GB、16GB
内存决定同时运行APP的数量
数据不稳定存在、健忘
内存的本质是DRAM（Dynamic RAM）,动态随机存取存储器
闪存
128GB、256GB、512GB
闪存决定了手机中存储的照片、音乐等文件，以及安装的APP
手机闪存大多是重量轻、体积小、功率低的NAND
2.2CPU（Central Processing Unit）中央处理器，芯片中的指挥家、大脑
2.3GPU（Graphics Processing Unit）图形处理单元，芯片中的艺术家
用于管理图形相关运算，游戏画质、视频色彩、图像处理、辅助运算
2.4ISP（Image Signal Processor）芯片中的拍照担当
性能会直接影响手机拍照、摄像效果
2.5NPU-AI应用的智慧核心
姿态识别、视频人像分割、隔空操控……
2.6DSP数字信号的速算家
专精型微处理器，擅长各种与数字信号相关的运算
CPU-专业的厨师套刀；DSP-削皮刀
2.7 5G Modem，负责通信，芯片连接速度由此起飞
下载转瞬完成
超低延时
实感VR游戏
三、探索旗舰芯片
3.1 射频芯片（RFIC），打电话的必需品
3.2Wi-Fi 6标准
3.3Connectivity芯片：蓝牙、Wi-fi、GNSS的协作历程
2G/3G时代，蓝牙传歌
2007年，蓝牙发展至2.1时代，用于键鼠连接
2010年，蓝牙4.0用于智能手表、智能血压计
2016年，蓝牙5.0用于IoT
子主题
3.5ISP+NPU融合架构：芯片内最紧密的关系
图像传感器
颜色滤波器
让图像传感器感受到颜色
ISP
精准还原色彩
防范伪基站
2G时基站
用于发射无线电信号的通信基础设施，手机上的信号由基站提供
手机会连接离自己最近的基站，获取最强的信号
伪基站会在基站切换时趁虚而入，与手机信号相连
2G网络是单向鉴权，基站可以识别终端设备的真伪，但是终端无法识别伪基站是否合法
伪基站发送诈骗信息
4G时基站
双向鉴权机制，手机和基站都可以互相验证
新型伪基站
先由伪基站向4G发射干扰信号，进行降维打击，让信号被迫断开4G，和2G伪基站相连
在2G网络下，不法分子拿出设备，对短信内容进行嗅探
对抗伪基站方法
晚上睡觉时关机或飞行模式
接到大量奇怪验证码，立刻关机
双卡手机升级、别给手机留在2G的机会
专业词汇一览
集成电路芯片（SoC、System on Chip）
片上系统，一块芯片中包含具备不同功能的集成电路模块
晶体管
一种半导体元器件，是芯片中使用最多的元器件。一块芯片上有几亿上百亿晶体管
集成
将大量元器件连接在一起构成电路的过程
封装
芯片制造的最后阶段，利用材料将芯片保护起来
板级面积
芯片在电路板上所占的面积，面积越小，功能越强
极紫外光（EUV，ExtremeUltraviolet）
最先进的电路加工技术
调制解调器（Modem）
一种数字通信中进行数字信号和模拟信号双向转换的元器件
将手机和无线网相连，实现电话，短信，上网等信号转换
芯片园
负责电路制造和晶圆加工的
工艺库
集成电路设计范例，帮助电路设计，每家厂商各不相同
硅晶圆
用来加工集成电路的高纯度硅片
4K
横向3840个像素，纵向2160个像素，像素越多，屏幕上图像越清晰
HDR image
高动态范围成像技术，使图像更真实
架构
芯片设计方式的一种总结性描述，不同架构的芯片在执行运算时的实现方式略有不同，主流的芯片架构有：X86、ARM、RISC-V、MIPS
华为达芬奇架构
华为自研的面向AI计算特征的全新计算架构
NPU
神经网络处理器（Neural-Network Processing Unit），用于硬件加速人工智能相关计算的微处理器
比CPU进行计算更高效
比CPU进行计算更高效
CPU
中央处理器（Central Processing Unit），负责执行计算机指令并进行数据计算，具有控制外围设备的功能
GPU
图形处理器（Graphics Processing Unit），用于辅助进行图形运算的微处理器。手机上和CPU处于一个芯片中构成SoC
接口信号
芯片中不同模块在进行计算时需要交换一定的信息，这些信息所使用的传输规范即为接口信号
门电路
数字电路中用于进行最基本逻辑运算的最小单位。
时序
用于驱动数字电路中的触发器、计数器、寄存器等时序逻辑器件
GDS
物理版图（Graphic Display Systems），经过重重设计后确定的集成电路设计的平面描述
Tapeout
流片或出片，在量产前生产少量芯片进行测试
回片
流片过程中需要修改，之后重新进行流片，这个过程叫做回片
裸片
无法与外部电路连接发挥作用，需要封装测试的芯片
蚀刻
用化学手段对硅晶圆表面进行腐蚀
光刻
通过光照的方式腐蚀蚀光刻胶，确定需要蚀刻的部分
光刻胶
一种对光敏感的混合液体，用于在硅晶圆上绘制集成电路图样
切片
将经过光刻、蚀刻的完整硅晶片进行切割，形成单个裸晶圆的过程
DSP
数字信号处理器（Digital Signal Processor），一种专门用于进行复杂数学运算的微处理器，常用于辅助CPU进行音频处理、射频信号处理、图像信号处理
基带
指专门用于生成或解码基带信号的芯片
射频芯片
射频即无线电，射频芯片负责将基带调制后的信号进行放大经由天线发射，或将接收到的无线电信号进行滤波得到基带信号交给基带芯片进行解调
易失性存储器（RAM，Random Access Memory）
断电后所存信息会丢失的存储电路，如内存和缓存
非易失性存储器（ROM，Read-Only Memory）
断电后所存信息依然保留，如闪存和固态硬盘，U盘
DRAM（Dynamic Random Access Memory）动态随机存取存储器
随机存储电路
NAND
闪存的略称，可以多次擦写的非易失性存储器
并行
描述信号传输或计算方式，同时进行
串行
描述信号传输或计算方式，按先后顺序进行
视频加速解码
将存储在电子设备中经过编码压缩的视频数据进行还原，呈现在屏幕上的过程
编码格式
将视频信息压缩存储在电子设备中的方式，常见的有AV1，VP9，HEVC等
帧率
表示设备或视频每秒能够展示的帧的数量，用于衡量视频质量或设备性能
运动估计
对画面中的运动元素进行预测
运动补偿
在拍摄的视频前后帧中寻找重复冗余的部分，消除之后可以提高视频编码过程中的压缩比
插帧
绘制与视频中前后帧近似的图像，然后填充到视频中，提升流畅度
算力
描述芯片或计算机运算能力的名词，通过每秒的浮点运算速度或定点运算速度来衡量
总线
计算机或芯片内部各种功能部件交换信息的公共通信线路，如PCIE、USB等
带宽
数字信号的传输速率，bit/s
核心频率
微处理器的工作频率
基站
固定位置的无线电信号收发机，手机需要基站接入移动通信网
核心网
移动通信网的核心部分，将不同区域的基站连接在一起构成大范围的通信网络
VoLTE
利用现代移动通信网络传输语音电话信号的技术
蜂窝网络
移动通信网络的别名
鉴权
计算机通信过程中的一步，用于验证对方是否有访问系统或特定数据的权利
降噪
通过软件算法将产生噪点的图形进行修复
像素
图像显示的最基本单位，即将一幅图像划分后得到一个个小方格，将小方格填充不同颜色，构成最终显示的图像
色温
用于衡量光纤中包含颜色成分的计量单位。常见白光色温为3000-5000看，小于3000的偏红、黄，大于5000的偏蓝
白平衡
描述数字显示设备将红、绿、蓝3种颜色混合所得白色精确度的一项指标。白平衡直接反映了相机或显示设备还原色彩的能力。
神经网络
能够在一定程度上赋予计算机系统简单的决定和判断能力，现在常用于进行机器视觉识别和语音识别等。
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