漫话芯片 有趣有深度的芯片知识图解

☆ 全彩印刷，500+精美插图。

解读芯片技术的精妙与震撼，背后的科学逻辑与产业价值。

☆ 10大板块，90个专题。

图解芯片设计/制造/封测全流程，领略芯片应用无处不在。

☆ 院士、教授、半导体行业协会人士作序。

零基础也能看懂的科普书，一本书读懂芯片技术与产业。

本书包含500 多幅图片和图解，以通俗的语言系统介绍了芯片科技知识。本书共9 章：第1 章介绍包罗万象的芯片世界，包括芯片的构造和分类，MCU、CPU、GPU 等10 多种芯片及其用途；第2 章介绍数字电路、模拟电路、数模混合电路和特种电路中的24 个细分芯片种类；第3 章介绍国内外主要的AI 芯片公司，以及主要的云端/边缘/端侧的AI 芯片；第4 章进入芯片的微观世界，讲解芯片精细与复杂的内部构造；第5 章讲解如何设计芯片；第6 章介绍芯片制造设备、工艺和材料，图解芯片制造的全过程；第7 章展示各种芯片封装类型，图解芯片封装和测试的过程，以及芯片的测试设备和方法；第8 章列举芯片在各行各业的应用实例；第9章展望芯片前沿技术和研究热点；附录收录了关于芯片技术、产业的一些重要知识点。

本书内容严谨全面，图示生动易懂，既适合各行业科技人员、芯片从业者、投资者、政府公职人员阅读，也适合高校相关专业学生参考，还可作为中小学生及科技爱好者的科普读物。

赵秋奇，本科毕业于西安交通大学，研究生毕业于航天771所。曾就职于航天771所、深圳市电子研究所等单位，在国家集成电路设计深圳产业化基地工作近20年，历任副主任、技术总监等职；完成了多项电子产品和电子系统的硬件、软件和系统集成项目的设计工作；主持了近20项国家863项目、国家和省市科技计划项目的实施；发表技术论文和科普文章80余篇，申请专利20余项。曾出版《芯片通识课：一本书读懂芯片技术》。

《漫话芯片：有趣有深度的芯片知识图解》以“知识系统化、叙述通俗化、原理图形化”为写作特色，以“历史—技术—产业—应用—战略”为逻辑脉络，构建起完整的芯片知识框架，是一本优秀的芯片知识科普书，可以很好地承担起普及芯片常识、提升大众科学素质的重要任务。

——郝跃    中国科学院院士，微电子学与固体电子学专家，西安电子科技大学教授、博士生导师

 

《漫话芯片：有趣有深度的芯片知识图解》以轻漫画的风格为读者描绘了完整的芯片知识体系，图文并茂、通俗易懂，既适合社会公众、电子信息行业从业者、芯片行业新人等阅读，也适合高等院校半导体、微电子和集成电路相关专业的学生作为课外读物。

——魏少军   清华大学教授、博士生导师，应用科学博士，国际欧亚科学院院士，电气电子工程师学会会士，亚太人工智能学会、中国电子学会会士

 

《漫话芯片：有趣有深度的芯片知识图解》是一本打破专业壁垒、走进大众认知的诚意之作。它将“图解”运用到了极致，500多幅图示将抽象的技术概念具象化、复杂的工艺流程可视化，真正实现了“让公众轻松了解芯片”。

——陈军宁   安徽大学资深教授、博士生导师，安徽省/合肥市半导体行业协会理事长，合肥市微电子研究院院长

 

《漫话芯片：有趣有深度的芯片知识图解》的作者基于扎实的专业功底、丰富的企业服务和公众科普经验来写作，既跳出了技术语言晦涩难懂的桎梏，又摒弃了浅尝辄止的科普误区，以“漫话”为笔，以“图解”为墨，以“比喻”出彩，为读者勾勒出一幅完整、清晰的芯片知识图景。

——周生明   国家集成电路设计深圳产业化基地原主任，深圳市半导体行业协会咨询委员会主任，南方科技大学深港微电子学院教授

 

本书以直观图文消解技术枯燥，用质朴语言打破专业术语壁垒，使科技知识的学习变得有趣起来，让读者在沉浸式阅读中，既领略芯片科技的精妙与震撼，又读懂其背后的科学逻辑与产业价值。愿更多人于此书中读懂芯片之妙，感受科技之美。

——何晓宁   国家集成电路设计西安产业化基地原主任，陕西省半导体行业协会常务副理事长兼秘书长，陕西半导体先导技术中心主任

第1章 初识包罗万象的芯片大世界  1

1.1 什么是电路?  2

1.2 什么是集成电路（芯片）?  3

1.3 芯片是什么样子的?  4

1.4 什么是数字电路?  5

1.5 什么是模拟电路?  7

1.6 什么是数模混合电路?  8

1.7 什么是特种电路?  9

1.8 为什么说ADC 和DAC 对数字化社会很重要?  10

1.9 什么是MCU、CPU、SoC，三者有何区别?  13

1.10 什么是GPU、NPU、APU，还有哪些PU?  18

1.11 ROM、SRAM、DRAM 和存储器芯片的分类  21

1.12 什么是Flash 芯片? 闪速存储器有哪些分类?  23

1.13 什么是MEMS 芯片?  24

第2章 宏观认识芯片大家族的成员  26

2.1 芯片有哪些大类?  27

2.2 数字电路芯片大家族  27

2.3 模拟电路芯片大家族  32

2.4 数模混合电路芯片大家族  36

2.5 特种电路芯片大家族  40

第3章 支撑人工智能发展的芯片大观  43

3.1 云端AI 芯片 44

3.2 边缘/端侧AI 芯片  52

3.3 用FPGA 芯片实现AI 功能  55

3.4 国外主要AI 芯片公司简介  56

3.5 国内主要AI 芯片公司简介  59

第4章 了解芯片微观世界的精细复杂  65

4.1 图解芯片的内部结构  66

4.2 芯片中的电路元器件是什么样子的?  72

4.3 见识一些著名芯片的内部细节  74

4.4 “芯片制造工艺是7nm”是什么意思?  81

4.5 头发丝横截面大小的硅片上也能做芯片?  82

4.6 芯片上的电路“大都市”是一幅什么景象?  83

4.7 芯片里的“层”指什么? 芯片层层全解析  86

4.8 什么是硅片、硅晶圆、裸片、芯片?  88

4.9 一片12 英寸的硅晶圆上能生产多少块芯片?  89

第5章 图解芯片如何设计  90

5.1 芯片设计是芯片产业链的龙头  91

5.2 芯片设计就是画电路版图  92

5.3 什么是芯片的行为设计?  93

5.4 什么是芯片的逻辑设计?  94

5.5 什么是芯片的物理设计?  95

5.6 电路版图与光掩模版的层层对应关系  95

5.7 芯片设计方法的前世今生  96

5.8 什么是EDA 软件?  98

5.9 什么是硅IP?  101

5.10 什么是SoC? IP 和SoC 有何关系?  104

5.11 MPW 是什么，有什么作用?  105

5.12 IP 公司和IC 设计公司有何区别?  106

第6章 图解芯片如何制造  108

6.1 在晶圆上制造电路的通俗理解  109

6.2 芯片制造主要是指晶圆代工  110

6.3 什么是光掩模版?  111

6.4 什么是光刻胶?  113

6.5 图解光刻工艺、刻蚀工艺的流程  113

6.6 制造芯片的主要工艺和设备有哪些?  115

6.7 制造芯片的主要材料有哪些?  123

6.8 制造芯片的保障条件是什么?  126

6.9 图解晶圆的制造流程  130

6.10 图解晶圆代工的全流程  132

第7章 图解芯片的封装和测试  139

7.1 芯片封装不仅是给裸片加封装壳  140

7.2 常规的芯片封装形式有哪些?  141

7.3 图解双列直插封装的全流程  147

7.4 芯片封装采用的电信号互连技术有哪些?  152

7.5 图解扇入型和扇出型封装  155

7.6 图解3D 封装技术  156

7.7 图解晶圆级封装技术  156

7.8 图解多芯片封装和模组封装技术  158

7.9 图解系统级封装技术  159

7.10 Chiplet 封装及其与多芯片封装的区别  160

7.11 芯片测试的作用和方法有哪些?  161

7.12 芯片测试设备主要包括哪些种类?  164

第8章 芯片应用无处不在，芯片也是大国重器  168

8.1 重视芯片产业链上的芯片应用环节  169

8.2 芯片应用如何大幅增强人的能力?  169

8.3 我们身边的哪些产品中使用了芯片?  173

8.4 芯片在各行各业中的应用举例  176

8.5 芯片应用的历史是不断淘汰传统产品的历史  189

8.6 芯片在国防领域的应用  192

8.7 芯片是信息技术产业的核心  194

8.8 芯片产业如何支撑经济社会发展?  198

8.9 芯片产业如何保障国家安全?  199

8.10 芯片产业的战略性、基础性和先导性  201

第9章 芯片前沿技术瞭望  202

9.1 第三代半导体技术  203

9.2 延续摩尔定律的新型器件技术  205

9.3 忆阻器芯片技术  208

9.4 碳基芯片技术  210

9.5 光子芯片技术  212

9.6 量子计算与量子芯片  214

9.7 新型架构的AI 芯片  219

附录  230

附录A 图解立体集成与立体封装技术  231

附录B 图解多核心处理器  233

附录C 英特尔CPU 芯片的世代演进  235

附录D 引领芯片技术前进的摩尔定律  244

附录E 芯片产业链的三次专业分工  245

附录F 推动芯片技术发展的四次浪潮  246

附录G 芯片产业的四次全球迁移  251

芯片是信息技术的核心，是支撑经济社会发展和保障国家安全的战略性、基础性和先导性产业。目前，全社会对芯片重要性的认识已达到空前高度，加快发展我国芯片技术和产业已成为各界人士的共同心声。面对广大公众对芯片问题的热切关注，做好芯片知识的科普工作具有极其重要的意义。

科普芯片知识的意义在于：一是为公众答疑解惑、提升认知，并及时回应大众关切；二是表明发展芯片事业的艰巨性和长期性，从而凝聚社会各界力量促进芯片产业发展；三是帮助广大公职人员客观认识芯片行业的特点，从而科学高效地配置资源，为芯片技术和产业发展提供有力支撑；四是对大学生、中学生及行业新人起到启蒙和引领作用，激励他们投身到实现我国芯片技术和产业自立自强的宏伟工程中去。

本书以白话和漫画图解的形式，系统全面科普芯片领域相关知识，表达通俗易懂，版面直观生动。希望读者能从本书的简单中，读出芯片技术的复杂；从本书的通俗里，领悟芯片技术的专业。

本书各章的主要内容如下。

第1 章介绍什么是电路，什么是集成电路（芯片），一般芯片的外观是什么样子的。在介绍芯片的四大分类，包括数字电路、模拟电路、数模混合电路和特种电路之后，本章将重点带领读者认识ADC、DAC、MCU、CPU、GPU、NPU、APU、ROM、SRAM、DRAM、Flash 等重要芯片的外观、特点和用途。

第2 章走进芯片“大家族”，按照芯片的分类，认识芯片“大家族”中每位成员的外观样貌，了解芯片分为几个大类，以及数字电路、模拟电路、数模混合电路芯片都有哪些细分种类，并认识最尖端的特种电路芯片。

第3 章介绍国内外主要的云端AI 芯片和边缘/端侧AI 芯片，以及国内外主要的AI 芯片公司。

第4 章图解芯片的内部结构，展示芯片中电路元器件是什么样子的，介绍如何在头发丝横截面大小的硅片上做电路，讲解芯片制造的工艺尺寸指什么、芯片中的层是什么意思等，展示芯片内部的复杂与精彩之处。

第5 章通俗地介绍芯片如何设计，包括芯片设计过程中的行为设计、逻辑设计和物理设计，讲解EDA 软件是什么软件，IP 是什么意思，MPW 是什么、有什么作用，IP 和SoC 有什么关系，IP 公司和IC 设计公司有什么区别。

第6 章介绍各种制造设备、原材料、制造工艺和光掩模版，图解芯片制造的工艺流程。通过本章读者会对芯片制造的过程有清晰的了解。

第7 章介绍芯片封装的结构和作用，展示各种常规芯片封装的外观，图解最简单的塑封DIP 的全流程，介绍芯片封装内部与外部的电信号互连方式，使读者可以学习和认识目前最流行的几种先进封装方式。

第8 章带领读者环顾身边的各种电子产品、家用电器，走进国民经济的各行各业，去看芯片都应用在哪些地方，帮助读者认识到芯片应用无处不在、芯片也是大国重器！

第9 章介绍在硅基芯片即将走到摩尔定律尽头之际，芯片技术有哪些前沿技术和研究热点，这些热点可为读者提供一些关于芯片技术未来如何发展的思考。

附录中收录了一些独立的芯片知识点，包括立体集成和立体封装、多核心处理器、英特尔CPU 芯片的世代演进、摩尔定律、芯片产业链的三次专业分工、推动芯片技术发展的四次浪潮、芯片产业的四次全球迁移等。