硬件研究 --- 关于晶圆和die

我也是门外汉，这里写出来只是为了以一种易于理解的方式交流共勉，不足之处指正批评

晶圆是一个圆形的硅片，是制造集成电路（IC）的基础材料。硅片的直径通常在150毫米到300毫米之间。在晶圆上，通过光刻和蚀刻等工艺，在其表面生成多个集成电路。

die就是在晶圆上蚀刻的出基本电路后将其切割成方形后的半成品。一个晶圆可以有多个die。

芯片就是我们肉眼看的的黑色方块，将die和带有金属触点硅基板用及其细小的金线连接起来，再用黑色材料分装成成品售卖给OEM集成商

其中最重要的就是die。

为了便于理解die的内部结构，我们用一个电脑主板举例，其实我们就可以理解die的内部运行原理。

• 输入/输出部分（I/O部分）：

  • 主板上的接口：包括电源接口、PCI扩展插槽、视频/音频信号接口、内存插槽、存储接口、USB接口、网络接口等。
  • die中的对应部分：包括电源触点和电源管理区域，PCI控制器，视频接口控制器，内存控制器，存储控制器，USB控制器，网络控制器等。

• 中央处理器（CPU）：

  • 主板上的CPU插槽：决定了主板支持哪种类型的处理器。
  • die中的内核（Cores）：die中包含多个处理器内核，如常见的8核CPU指的是die中有8个内核。其实内核内部还是可以分为寄存器，运算器，控制器和IO，也是主板的布局思路

• 芯片组（Chipset）：

  • 主板上的芯片组：负责管理数据流动，连接CPU、内存、存储设备和外部设备，通常包括北桥和南桥。
  • die中的控制单元：类似于主板上的芯片组，die中也有负责管理数据流动和设备连接的控制单元。

• 内存（RAM）：

  • 主板上的内存插槽：用于安装内存模块。
  • die中的缓存：die内部有多级缓存（L1、L2、L3），用于快速存取数据，提高处理速度。

• 存储设备（ROM硬盘）：

  • 主板上的存储接口：用于连接硬盘和固态硬盘。
  • die中的存储控制单元：负责管理数据存储和读取操作。

实际上，die就是早期主板和主板上的运算器和控制器的微缩工艺。我们的die是用作CPU、GPU还是手机芯片，全看设计者的设计图纸。例如，如果我要设计一个手机的die，这个die中必然包含基带处理器因为它是手机的一项最重要的功能打电话的基础，还会包含以下几个关键模块：

1. 处理器内核（CPU Cores）：用于执行应用程序和操作系统的各种计算任务。一般包括多个高效能内核和低功耗内核，以实现性能和功耗之间的平衡。

2. 图形处理单元（GPU）：负责图像处理和图形渲染，提升图形和视频的处理能力，确保流畅的用户界面和游戏体验。

3. 基带处理器（Baseband Processor）：处理蜂窝通信协议，包括LTE、5G等，实现设备与蜂窝网络之间的通信。

4. 内存控制器（Memory Controller）：管理对系统内存的访问，包括RAM和缓存，以确保数据传输的高效和低延迟。

5. 图像信号处理器（ISP）：处理从摄像头传感器传来的图像数据，进行图像处理和增强，提升拍照和视频录制的质量。

6. 数字信号处理器（DSP）：处理数字信号，常用于音频处理、语音识别和增强现实等应用。

7. 安全模块（Security Module）：提供硬件级的安全功能，如加密、身份验证和安全启动，保护用户数据和隐私。

8. 电源管理单元（PMU）：负责管理芯片的电源供应和功耗优化，确保设备在不同工作模式下的能效表现。

9. I/O接口（I/O Interfaces）：包括USB、UART、SPI、I2C等接口，用于连接和控制外部设备，如传感器、存储设备和显示屏。

 其中加粗的部分是手机所特有的die内部模块

 这些基本都是通用芯片设计领域，设计者也可以设计专业芯片设计，比如我为了开发一个人工智能芯片专门用于ai的芯片，可以加速大模型的运行