芯片大小是如何確定的？芯片尺寸是由芯片設(shè)計師甚至整個芯片設(shè)計團隊決定的。芯片肯定不是你想設(shè)計的那么大，這涉及到成本和收益等很多問題。一般來說，相同架構(gòu)下，芯片設(shè)計越大，規(guī)格越高，性能越強。但是，由于各

芯片大小是如何確定的？

芯片尺寸是由芯片設(shè)計師甚至整個芯片設(shè)計團隊決定的。芯片肯定不是你想設(shè)計的那么大，這涉及到成本和收益等很多問題。一般來說，相同架構(gòu)下，芯片設(shè)計越大，規(guī)格越高，性能越強。但是，由于各種條件的限制，芯片永遠不可能無限擴展。

不同的場景，不同的尺寸，比如一個PC芯片和一個手機芯片，有不同的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)。英特爾CPU大于100平方毫米是非常正常的，高端i7和至強處理器達到200平方毫米以上也很常見。因為PC更大，散熱空間更好，所以可以放大芯片規(guī)格來提升性能。

對于手機芯片來說，一個驍龍或者麒麟處理器只能把面積控制在幾十平方毫米以內(nèi)，因為手機內(nèi)部空間太小，承受不了一個大芯片。

如果CPU芯片占據(jù)了手機三分之一的面積，那么剩余的電池、各種傳感器、攝像頭都會受到很大的影響，大芯片帶來的發(fā)熱和功耗也會急劇增加，這款手機的續(xù)航和體驗會很差。

芯片技術(shù)和經(jīng)濟適用性是關(guān)鍵因素，芯片尺寸和采用的生產(chǎn)工藝也密切相關(guān)。技術(shù)越先進，同等條件下芯片面積越小。因為用來生產(chǎn)芯片的晶圓尺寸幾乎相同，芯片越大，成本越高，成品率越低。

因為芯片設(shè)計公司和制造公司是兩個不同的公司，所以在確定芯片尺寸的過程中，需要兩個團隊密切配合，最終根據(jù)性能和良率確定最實用、最有利可圖的芯片尺寸。

現(xiàn)在大小，主要考慮應(yīng)用環(huán)境。手機上的應(yīng)用程序需要又快又小。如果用于工業(yè)，主要考慮穩(wěn)定性，成本低。

芯片里有成千上萬的晶體管，為什么在網(wǎng)上搜索晶體管圖片都非常大？

長期以來，我們一直處于一個誤區(qū)，認為晶體管越來越小。事實上，它 不完全是這樣的。

晶體管朝兩個方向發(fā)展:

信息電子方向:讓晶體管更小更快。今日 美國的電腦、手機、通訊芯片等。都屬于這一類。

電力電子方向:讓晶體管更大更快。其代表產(chǎn)品是IGBT，廣泛應(yīng)用于軌道交通、智能電網(wǎng)、航空航天、電動汽車、新能源設(shè)備等領(lǐng)域。

下圖是一些常見的晶體管(只是部分，不是全部)。因為性能和包裝的不同，所以會有不同的外觀。

晶體管的功能

晶體管是一種固體半導(dǎo)體器件，包括二極管、三極管、場效應(yīng)晶體管、晶閘管等。它具有檢波、整流、放大、開關(guān)、穩(wěn)壓、信號調(diào)制等多種功能。

作為一個可變電流開關(guān)，晶體管可以根據(jù)輸入電壓控制輸出電流。與普通的機械開關(guān)不同，晶體管使用電能。信號來控制自己的開關(guān)，所以開關(guān)速度可以很快。

與電子管相比，晶體管有更多的優(yōu)點:

1、不消耗晶體管元器件；

電子管會因為陰極原子的變化和慢性漏氣而逐漸變質(zhì)。晶體管的壽命一般比電子管長100到1000倍。

2、晶體管消耗的能量很少；

晶體管消耗的電能只有電子管的十分之一或十分之幾。電子管需要加熱燈絲來產(chǎn)生自由電子，而晶體管則不需要。;t .一臺晶體管收音機只需要幾節(jié)干電池就能聽半年以上，而電子管的收音機就很難做到。

3.晶體管不需要預(yù)熱；

晶體管一打開就能工作。電子管設(shè)備can t這樣做，啟動后需要等待一段時間。

4、晶體管牢固可靠；

普通晶體管只有電子管的1/10到1/100大小，放熱小，抗沖擊，抗振動?？梢哉f，晶體管使電路的小型化、集成化和大規(guī)?；蔀榭赡?。

為什么芯片的晶體管越來越小？

芯片上有很多晶體管，控制著很大的電流。如果晶體管的尺寸逐漸減小，源極和漏極之間的溝道長度L將相應(yīng)縮短。溝道長度減小后，晶體管將具有更快的響應(yīng)速度和更低的控制電壓。

但是進入28nm后，按照以前的經(jīng)驗縮小晶體管尺寸就不行了。當(dāng)溝道縮短到一定程度時，晶體管會因為芯片中的量子隧穿效應(yīng)而關(guān)斷。目前通過Fin-FET(鰭式場效應(yīng)晶體管)和SOI(在晶體管之間增加絕緣)等技術(shù)解決了這個問題。

芯片做小后，主要有以下好處:

1.節(jié)能:晶體管越大，占用的電路越多，能耗越大；晶體管做得越小，電流可以走的捷徑就越多，更節(jié)能環(huán)保。

2.性能提升:晶體管越小，同一芯片單位面積可以工作的晶體管越多，性能越好。

3、降低成本:芯片小，一片硅片可以做成更多的成品芯片，大大降低了成本。

4.減少芯片占用的空間:芯片越小，我們的電腦和手機就會越小越薄。

所以芯片的趨勢是越做越小，做的越多性能就越強。有一種說法是，在價格不變的情況下，一個集成電路所能容納的元件數(shù)量每18到24個月就會翻一番，性能也會翻一番。這就是著名的摩爾 的法律。所以芯片的進化就是晶體管變小的過程。

為什么電力電子晶體管越來越大？

巨晶體管(字面翻譯為Giant Transistor)是一種雙極結(jié)型晶體管——BJT，具有高電壓和高電流電阻。巨晶體管開關(guān)特性好，但驅(qū)動電路復(fù)雜，驅(qū)動功率高。

和IGBT，絕緣柵雙極晶體管(Insul)Ate-Gate雙極晶體管也是三端器件(包括柵極、集電極和發(fā)射極)。IGBT結(jié)合了巨型晶體管(GTR)和功率場效應(yīng)晶體管的優(yōu)點。

電力電子晶體管之所以會越來越大，首先看它的發(fā)展歷史:

1957年，通用電氣公司根據(jù)肖克利 標(biāo)準(zhǔn)普爾鉤子 "晶體管結(jié)構(gòu)(即PNPN四層晶閘管結(jié)構(gòu))?？煽毓枵髌骺梢蕴幚砀叩碾妷汉碗娏?，這為以處理能力為目的的電力電子開辟了一個新的領(lǐng)域。

1962年，GE公司研制出第一只容量為600V/200A的GTO(可關(guān)斷晶閘管)，克服了普通晶閘管不能用門極控制關(guān)斷的缺點。但是GTO在實際應(yīng)用中容易燒毀。

1974年，日本東芝等公司利用NTD單片機和計算機仿真技術(shù)，在GTO的研制上取得突破，生產(chǎn)出1200V/2000A GTO。而更大的雙極晶體管通過采用垂直結(jié)構(gòu)、達林頓級聯(lián)技術(shù)和多單元集成并聯(lián)技術(shù)，實現(xiàn)了500V/200A/50(電流放大系數(shù)hFE)，此時已被稱為GTR。

因為70年代末MOS集成電路發(fā)展很快。1982年，CE公司和摩托羅拉公司的美洲印第安人幾乎同時獨立發(fā)明了IGBT。

1984年，GE公司的V.A.K. Temple發(fā)明了性能優(yōu)越的MCT(H)，并于1991年商業(yè)化，但由于結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成品率低，在90年代末停滯不前。

1972年，日本人西澤潤一利用JFET結(jié)構(gòu)研制出靜電感應(yīng)晶體管和晶閘管SIT和SITH。

20世紀(jì)90年代初，日本三菱公司開發(fā)的基于IGBT的智能功率模塊(IPM)經(jīng)過十年的改進，已經(jīng)進入成熟應(yīng)用階段。

1995年，西門子首次推出非穿通結(jié)構(gòu)的NPT-IGBT，這是一個技術(shù)里程碑。因為，NPT-IGBT技術(shù)可以同時顯著提高功率開關(guān)器件的高溫可靠性、安全工作區(qū)、超高耐壓、低成本和高開關(guān)性能。通過使用NPT-IGBT技術(shù)和GTO晶片技術(shù)，目前可以制造6500V/600A NPT-IGBT。

20世紀(jì)80年代，PIC-Power集成電路，包括高壓集成電路HVIC和智能功率IC，被認為有了很大發(fā)展，但發(fā)展速度不快，應(yīng)用范圍小。

如今，電力電子器件正朝著高科技方向發(fā)展依靠高工頻產(chǎn)品、高集成度、高智能化、低成本和高允許工作溫度。

從上圖可以看出，如果沒有電力電子晶體管，宏觀世界不會給我們帶來這么大的便利，芯片也很難越做越小。

晶體管的發(fā)展，無論從微觀還是宏觀，都改變了世界，推動了整個時代的發(fā)展。它是建設(shè)現(xiàn)代信息社會的基石。

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