芯片现状及发展趋势

何文添(广东省湛江第一中学 广东 湛江 524038)

随着移动互联网、云计算、物联网、大数据等新兴产业的增长，电子信息产业进入的新的发展阶段。控制、通信、人机交互和网络互联等融入了大量的新兴的电子技术，设备功能越来越复杂，系统集成度越来越复杂。新兴电子信息技术的发展依赖于半导体产业的不断推动，因此，芯片作为一项核心技术，其使用变得越来越频繁和重要。近些年，随着我国科技的不断进步与技术的不断革新，芯片在军事、工业制造甚至日常生活中都有着十分广泛的应用，因此，对其发展情况及应用的论述非常有必要。

1 芯片的定义及特点

芯片一般指集成电路载体，由晶圆分割而成，亦指集成电路经过设计、制造、封装、测试后的结果，通常是一个可立即使用的整体。芯片广泛特点在于其体积小、重量轻、处理速度快、运行稳定、内部电路集成度高。不同用途的芯片也有不同优势，如DSP芯片，不仅可以进行信号滤波，加强信号强度，也可以通过数据转换，对数据进行处理，从而达到快速传递的作用。

2 芯片内部结构

以51单片机为例。

1)中央处理单元CPU(8位):用于数据处理、位操作(位测试、置位、复位)。

2)片内4K程序处理器Flash ROM:用于存放程序、一些原始数据和表格。

3)随机存取器RAM(256B):用于存放可读/写的数据，如运算的中间成果，最终结果及欲显示的数据等。

4)单行输入/输出口I/O(32线):用作系统总线、扩展外存，I/O接口芯片

5)串行输入/输出口UART(二线)串行通信、扩展I/O接口芯片

6)两个定时器/计数器T(16位增量可编程):它与CPU之间各自独立工作，当它计数满时向CPU中断

7)时钟电路fost:分为内部振荡器、外接振荡器电路。

8)中断系统:五源中断、两级优先，可编程进行控制

3 芯片的应用方向

由于芯片具有众多优势，因此其运用领域之广，几乎达到无孔不入的地步，以下主要以单片机与DSP芯片为主要陈述对象。

3．1、单片机主要应用领域有;

①军事方面:如“数字地图计划”为了给士兵提供需要的一切信息，可把天气数据、情报、敌友军位置、空中成像等一切信息融合到一起，以数字方式存储，并通过天线网络传输给前线，若将数字地图接入武器，不仅可提高武器精度，减少伤亡，亦可以使武器攻击更智能化。

②工业方面:芯片高精度、处理速度快、造价低廉使其成为工业制造，控制系统的宠儿。例如多种测控系统、警报系统、过程控制及仓库安全鉴测系统。

③智能化设备方面，其中最突出的是手机，其内部集成的专用型核心芯片，如高通骁龙、海思等，其运用范围广;其次，各种交通工具、家用电器的智能化也离不开芯片做的贡献。

3．2、DSP芯片主要应用领域有;DSP技术应用广泛，具有快速运算乘法的能力。基于此特点，DSP广泛地应用于计算密集型的应用场合，比如典型的FFT、数字滤波算法。TI公司的DSP是目前市场上的主流DSP芯片，TI公司的DSP芯片主要发展为三类。其中C2000系列面向控制领域并具有高达300MHz的主频。该系列可应用于大存储设备管理、智能化仪器仪表、医疗器械、高速通信装置、电源、电力系统控制、机器人、数控机床、信号处理等等。C5000系列是16位的定点DSP，具有低功耗、低成本和高性能的优势。典型的应用有GPS接收机、数字音频播放器、个人掌上电脑、数码相机、调制解调器、环境监测等等。C6000系列是TI公司的超高性能系列，C67x浮点系列主频率高达350MHz。典型应用有机器视觉、3D图形处理、语言识别、雷达信号、无线发射机等。在未来的发展中，在推动技术发展方面有两项关键的技术，即个人移动计算设备的开发和部署以及持续的进展，DSP技术也随着快速发展。

简单来说，应用方面有:

①信号处理方面:例如在移动设备通讯、雷达等领域中DSP芯片都有较为广泛的应用。

②语音、图像处理方面:如语言合成识别储存及动画、二维和三维图像处理等。

4 芯片的发展趋势

至今为止微电子技术的发展基本上都在遵循着“摩尔定律”，即单个芯片上的器件数量每18个月增长1倍，DRAM储存量每3年提高到原来4倍。至今集成电路的集成度已提高了500万倍左右，特征尺寸缩小了近200倍，单个器件成本下降了近100万倍，单片集成度达到了数亿个晶体管。芯片未来的发展方向毋庸置疑，体积更小、集成度更高、运行速度更快，作用更全面、成本更低。

21世纪是人类跨入信息时代的时间节点，这也对芯片生产、应用提出了更高的要求。芯片制造应用领域将会是新纪元最有活力的产业之一。

目前，中国芯片制造行业仍处于落后地位，近年来，国家加大了在IC行业的投资，情况有所好转，但仍处于技术与人才缺乏的困境中。正因如此，芯片技术的进步更加显得重要。