晶管体攻略视频教程,朱峰社区的视频教程到底怎么样
时间:2022-08-10 09:37:11
作者:本站作者
1,朱峰社区的视频教程到底怎么样
2,晶体管放大电路的图解法
从本期视频开始,逐步讲解晶体管差动式放大电路,以及后期的带有恒流源电路的差动式放大电路。
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3,大振膜晶管体电容麦克风容易损坏吗
平时不怎么样摔。不怎么样振动的。不受潮的、木有什么问题的
4,CPU上的几十亿个晶体管是如何被控制发挥出其相应的功能的
现在手机SoC芯片的晶体管数量动辄百亿个,“愚公移山”拼体力一秒画一个,根本不可能。现在的高端芯片设计,已经和体力活说拜拜,设计流程分工极细,设计过程自动化程度极高,这样才能避免芯片上市,“黄花菜”都凉了的尴尬。下面以数字芯片为例,为大家简单捋一捋芯片设计的过程。两大流程,SoC芯片设计流程可以分为前端和后端,前端负责逻辑设计、输出门级网表(netlist),后端进行物理设计,输出版图(layout),然后将版图传给芯片厂制造(tapeout)。顺带说一句为什么传版图给芯片厂叫tapeout。在早期,芯片设计公司都是用磁带(tape)存储芯片版图文件,需要制造时将磁带送到芯片厂,所以叫“tapeout”。这个词一直沿用到现在,即使现在传送版图文件的方式多样化了。说白了,这是芯片文化的反映,和计算机的“bug”叫法一样,最早就是电子管大型机时代,工程师清扫追寻电子管亮光而被烤死的飞虫,排除飞虫导致的电路故障。后来,“bug"不再指真实世界中的虫子,而是指软件漏洞。说回芯片设计流程。芯片设计两大流程前面说的芯片前端设计,又可细分为行为级、RTL级、门级,行为级描述电路功能,RTL级描述电路结构,门级描述门这一级电路的结构。芯片后端设计是将前端设计产生的门级网表通过EDA工具进行布局布线,以及物理验证,最终产生供芯片厂制造使用的版图文件。芯片设计版图详细描述了电路结构,即哪些地方该保留,哪些地方该腐蚀,哪些地方是连线。芯片制造厂将版图制作成光学掩膜,即可用光刻机制造芯片。上述过程理解比较费力,可以用熟悉的杂志出版打个简单的比方:前端设计相当于编辑根据选题计划,挑选投稿,编辑处理,并确定哪些稿件排在重要位置(封面文章),哪些稿件仅是填补版面的酱油角色。后端设计的任务,则是将选好的稿件,排成版面,做成版面图文件,交给印刷厂付印。简单说,芯片前端设计相当于编辑选稿、处理稿件,后端设计相当于版面编辑排版。芯片设计之所以要分前端和后端,主要是因为芯片特别是高端SoC芯片结构太复杂了。实际上,专业分工是否精细是衡量一个行业复杂度的两大重要指标之一,另一个指标就是自动化程度是否高。芯片设计就是一个高度自动化的行业,从前端到后端,都离不开EDA软件(Electronic Design Automation,即电子设计自动化)。芯片设计公司在DEA软件平台上完成芯片的前后端设计,不需要手工画电路图。EDA主要由美国的Cadence和Synopsys公司提供,两家公司都能提供前端和后端设计软件。目前国内的芯片设计公司包括华为海思、中兴、展讯等企业,都离不开Cadence和Synopsys公司的EDA软件平台。为什么非得用Cadence和Synopsys的?因为这两家公司在行业发展几十年,EDA软件功能完备、生态完整,好用。那么,如何用EDA软件设计芯片呢?芯片设计七大步,有两步看不到电路第一步,用Verilog编写电路,这个过程是看不到电路图的,就是一堆描述性语言,以代码形式呈现。第二步,跑数字仿真,用到的工具有VCS或MMSIM等工具。仿真的目的是看写出来的设计能不能正常工作,这个过程也看不到电路,还是一堆源代码。第三步,跑完仿真后,将源代码转换成标准单元电路(Standard Cell)。第四步,用IC-Compiler等工具进行布线,就是把标准单元电路找到对应的位置,用软件进行自动连线,这个过程需要和芯片的制造工艺进行辅助配合。第五步,再将标准单元电路填入图形,按设计需求连线,形成版图图形。第六步,完成版图后,还不能马上交付芯片厂生产,谁知道那些单元的连线没连好,造成噪音干扰,导致功耗升高、性能降低。为了消灭潜在bug,需要分别进行设计规则验证、和布局与原理图验证。第七步,两大验证通过后,就可以把版图制成GDSII电子文件,交给芯片厂流片(小批量试制)。第八步,流片后对芯片检测,如果芯片功能正常,符合设计要求,OK,让芯片厂大规模生产。可以看出,芯片整个设计过程共有7个大步骤,全程都通过EDA软件在电脑上完成,不存在工程师手工一个一个画电路图的情形,甚至在前端设计的部分阶段,设计者根本不用考虑晶体管长什么样、有多大,在后端,设计者也不会去数该芯片含有多少晶体管,而由软件自动统计。正是有了EDA软件的帮助,即使芯片内部有多达百亿级的晶体管,设计起来也轻轻松松,这就是高科技的力量和魅力。 现在手机SoC芯片的晶体管数量动辄百亿个,“愚公移山”拼体力一秒画一个,根本不可能。现在的高端芯片设计,已经和体力活说拜拜,设计流程分工极细,设计过程自动化程度极高,这样才能避免芯片上市,“黄花菜”都凉了的尴尬。下面以数字芯片为例,为大家简单捋一捋芯片设计的过程。两大流程,SoC芯片设计流程可以分为前端和后端,前端负责逻辑设计、输出门级网表(netlist),后端进行物理设计,输出版图(layout),然后将版图传给芯片厂制造(tapeout)。顺带说一句为什么传版图给芯片厂叫tapeout。在早期,芯片设计公司都是用磁带(tape)存储芯片版图文件,需要制造时将磁带送到芯片厂,所以叫“tapeout”。这个词一直沿用到现在,即使现在传送版图文件的方式多样化了。说白了,这是芯片文化的反映,和计算机的“bug”叫法一样,最早就是电子管大型机时代,工程师清扫追寻电子管亮光而被烤死的飞虫,排除飞虫导致的电路故障。后来,“bug"不再指真实世界中的虫子,而是指软件漏洞。说回芯片设计流程。芯片设计两大流程前面说的芯片前端设计,又可细分为行为级、RTL级、门级,行为级描述电路功能,RTL级描述电路结构,门级描述门这一级电路的结构。芯片后端设计是将前端设计产生的门级网表通过EDA工具进行布局布线,以及物理验证,最终产生供芯片厂制造使用的版图文件。芯片设计版图详细描述了电路结构,即哪些地方该保留,哪些地方该腐蚀,哪些地方是连线。芯片制造厂将版图制作成光学掩膜,即可用光刻机制造芯片。上述过程理解比较费力,可以用熟悉的杂志出版打个简单的比方:前端设计相当于编辑根据选题计划,挑选投稿,编辑处理,并确定哪些稿件排在重要位置(封面文章),哪些稿件仅是填补版面的酱油角色。后端设计的任务,则是将选好的稿件,排成版面,做成版面图文件,交给印刷厂付印。简单说,芯片前端设计相当于编辑选稿、处理稿件,后端设计相当于版面编辑排版。芯片设计之所以要分前端和后端,主要是因为芯片特别是高端SoC芯片结构太复杂了。实际上,专业分工是否精细是衡量一个行业复杂度的两大重要指标之一,另一个指标就是自动化程度是否高。芯片设计就是一个高度自动化的行业,从前端到后端,都离不开EDA软件(Electronic Design Automation,即电子设计自动化)。芯片设计公司在DEA软件平台上完成芯片的前后端设计,不需要手工画电路图。EDA主要由美国的Cadence和Synopsys公司提供,两家公司都能提供前端和后端设计软件。目前国内的芯片设计公司包括华为海思、中兴、展讯等企业,都离不开Cadence和Synopsys公司的EDA软件平台。为什么非得用Cadence和Synopsys的?因为这两家公司在行业发展几十年,EDA软件功能完备、生态完整,好用。那么,如何用EDA软件设计芯片呢?芯片设计七大步,有两步看不到电路第一步,用Verilog编写电路,这个过程是看不到电路图的,就是一堆描述性语言,以代码形式呈现。第二步,跑数字仿真,用到的工具有VCS或MMSIM等工具。仿真的目的是看写出来的设计能不能正常工作,这个过程也看不到电路,还是一堆源代码。第三步,跑完仿真后,将源代码转换成标准单元电路(Standard Cell)。第四步,用IC-Compiler等工具进行布线,就是把标准单元电路找到对应的位置,用软件进行自动连线,这个过程需要和芯片的制造工艺进行辅助配合。第五步,再将标准单元电路填入图形,按设计需求连线,形成版图图形。第六步,完成版图后,还不能马上交付芯片厂生产,谁知道那些单元的连线没连好,造成噪音干扰,导致功耗升高、性能降低。为了消灭潜在bug,需要分别进行设计规则验证、和布局与原理图验证。第七步,两大验证通过后,就可以把版图制成GDSII电子文件,交给芯片厂流片(小批量试制)。第八步,流片后对芯片检测,如果芯片功能正常,符合设计要求,OK,让芯片厂大规模生产。可以看出,芯片整个设计过程共有7个大步骤,全程都通过EDA软件在电脑上完成,不存在工程师手工一个一个画电路图的情形,甚至在前端设计的部分阶段,设计者根本不用考虑晶体管长什么样、有多大,在后端,设计者也不会去数该芯片含有多少晶体管,而由软件自动统计。正是有了EDA软件的帮助,即使芯片内部有多达百亿级的晶体管,设计起来也轻轻松松,这就是高科技的力量和魅力。晶体管是一种半导体器件,主要分为双极性晶体管和单极性晶体管,三极管是双极性晶体管的典型代表;而MOSFET则是单极性集体管的典型代表。以双极性晶体管三极管和单极性晶体管MOSFET为例,介绍CPU如何控制晶体管。CPU如何控制双极性晶体管-三极管三极管是一种流控型器件,具有三个电极,分别为基极、集电极和发射极。通过基极微小的电流可以驱动集电极和发射极之间较大的电流,具有三种工作状态,分别为截止区、放大区和饱和区。主要由PN节构成,可以分为NPN型和PNP型。电路符号和电极如下图所示。以NPN三极管为例,介绍如何控制。典型的电路图如下图所示。NPN三极管的集电极接有发光二极管,三极管的基极通过电阻和开关接至电压VCC,如果让发光二极管点亮,需要PN节正偏,当开关被按下时实现NPN三极管的导通。CPU如何控制单极性晶体管-MOSFETMOSFET是场效应管,是一种压控型半导体器件,具有三个电极,分别为漏极、源极和栅极,有NMOS和PMOS之分。其电路符号如下图所示。对于NMOS,需要Vgs>Vth时才可以导通;对于PMOS,需要Vgs<Vth时才可以导通。以NMOS为例,如下图所示。上图中,开关按下后,栅极是高电平,Vgs>Vth,NMOS的漏极和源极导通,LED发光。以上就是这个问题的回答,感谢留言、评论、转发。更多精彩内容请关注本头条号:玩转嵌入式。感谢大家。 现在手机SoC芯片的晶体管数量动辄百亿个,“愚公移山”拼体力一秒画一个,根本不可能。现在的高端芯片设计,已经和体力活说拜拜,设计流程分工极细,设计过程自动化程度极高,这样才能避免芯片上市,“黄花菜”都凉了的尴尬。下面以数字芯片为例,为大家简单捋一捋芯片设计的过程。两大流程,SoC芯片设计流程可以分为前端和后端,前端负责逻辑设计、输出门级网表(netlist),后端进行物理设计,输出版图(layout),然后将版图传给芯片厂制造(tapeout)。顺带说一句为什么传版图给芯片厂叫tapeout。在早期,芯片设计公司都是用磁带(tape)存储芯片版图文件,需要制造时将磁带送到芯片厂,所以叫“tapeout”。这个词一直沿用到现在,即使现在传送版图文件的方式多样化了。说白了,这是芯片文化的反映,和计算机的“bug”叫法一样,最早就是电子管大型机时代,工程师清扫追寻电子管亮光而被烤死的飞虫,排除飞虫导致的电路故障。后来,“bug"不再指真实世界中的虫子,而是指软件漏洞。说回芯片设计流程。芯片设计两大流程前面说的芯片前端设计,又可细分为行为级、RTL级、门级,行为级描述电路功能,RTL级描述电路结构,门级描述门这一级电路的结构。芯片后端设计是将前端设计产生的门级网表通过EDA工具进行布局布线,以及物理验证,最终产生供芯片厂制造使用的版图文件。芯片设计版图详细描述了电路结构,即哪些地方该保留,哪些地方该腐蚀,哪些地方是连线。芯片制造厂将版图制作成光学掩膜,即可用光刻机制造芯片。上述过程理解比较费力,可以用熟悉的杂志出版打个简单的比方:前端设计相当于编辑根据选题计划,挑选投稿,编辑处理,并确定哪些稿件排在重要位置(封面文章),哪些稿件仅是填补版面的酱油角色。后端设计的任务,则是将选好的稿件,排成版面,做成版面图文件,交给印刷厂付印。简单说,芯片前端设计相当于编辑选稿、处理稿件,后端设计相当于版面编辑排版。芯片设计之所以要分前端和后端,主要是因为芯片特别是高端SoC芯片结构太复杂了。实际上,专业分工是否精细是衡量一个行业复杂度的两大重要指标之一,另一个指标就是自动化程度是否高。芯片设计就是一个高度自动化的行业,从前端到后端,都离不开EDA软件(Electronic Design Automation,即电子设计自动化)。芯片设计公司在DEA软件平台上完成芯片的前后端设计,不需要手工画电路图。EDA主要由美国的Cadence和Synopsys公司提供,两家公司都能提供前端和后端设计软件。目前国内的芯片设计公司包括华为海思、中兴、展讯等企业,都离不开Cadence和Synopsys公司的EDA软件平台。为什么非得用Cadence和Synopsys的?因为这两家公司在行业发展几十年,EDA软件功能完备、生态完整,好用。那么,如何用EDA软件设计芯片呢?芯片设计七大步,有两步看不到电路第一步,用Verilog编写电路,这个过程是看不到电路图的,就是一堆描述性语言,以代码形式呈现。第二步,跑数字仿真,用到的工具有VCS或MMSIM等工具。仿真的目的是看写出来的设计能不能正常工作,这个过程也看不到电路,还是一堆源代码。第三步,跑完仿真后,将源代码转换成标准单元电路(Standard 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现在手机SoC芯片的晶体管数量动辄百亿个,“愚公移山”拼体力一秒画一个,根本不可能。现在的高端芯片设计,已经和体力活说拜拜,设计流程分工极细,设计过程自动化程度极高,这样才能避免芯片上市,“黄花菜”都凉了的尴尬。下面以数字芯片为例,为大家简单捋一捋芯片设计的过程。两大流程,SoC芯片设计流程可以分为前端和后端,前端负责逻辑设计、输出门级网表(netlist),后端进行物理设计,输出版图(layout),然后将版图传给芯片厂制造(tapeout)。顺带说一句为什么传版图给芯片厂叫tapeout。在早期,芯片设计公司都是用磁带(tape)存储芯片版图文件,需要制造时将磁带送到芯片厂,所以叫“tapeout”。这个词一直沿用到现在,即使现在传送版图文件的方式多样化了。说白了,这是芯片文化的反映,和计算机的“bug”叫法一样,最早就是电子管大型机时代,工程师清扫追寻电子管亮光而被烤死的飞虫,排除飞虫导致的电路故障。后来,“bug"不再指真实世界中的虫子,而是指软件漏洞。说回芯片设计流程。芯片设计两大流程前面说的芯片前端设计,又可细分为行为级、RTL级、门级,行为级描述电路功能,RTL级描述电路结构,门级描述门这一级电路的结构。芯片后端设计是将前端设计产生的门级网表通过EDA工具进行布局布线,以及物理验证,最终产生供芯片厂制造使用的版图文件。芯片设计版图详细描述了电路结构,即哪些地方该保留,哪些地方该腐蚀,哪些地方是连线。芯片制造厂将版图制作成光学掩膜,即可用光刻机制造芯片。上述过程理解比较费力,可以用熟悉的杂志出版打个简单的比方:前端设计相当于编辑根据选题计划,挑选投稿,编辑处理,并确定哪些稿件排在重要位置(封面文章),哪些稿件仅是填补版面的酱油角色。后端设计的任务,则是将选好的稿件,排成版面,做成版面图文件,交给印刷厂付印。简单说,芯片前端设计相当于编辑选稿、处理稿件,后端设计相当于版面编辑排版。芯片设计之所以要分前端和后端,主要是因为芯片特别是高端SoC芯片结构太复杂了。实际上,专业分工是否精细是衡量一个行业复杂度的两大重要指标之一,另一个指标就是自动化程度是否高。芯片设计就是一个高度自动化的行业,从前端到后端,都离不开EDA软件(Electronic Design Automation,即电子设计自动化)。芯片设计公司在DEA软件平台上完成芯片的前后端设计,不需要手工画电路图。EDA主要由美国的Cadence和Synopsys公司提供,两家公司都能提供前端和后端设计软件。目前国内的芯片设计公司包括华为海思、中兴、展讯等企业,都离不开Cadence和Synopsys公司的EDA软件平台。为什么非得用Cadence和Synopsys的?因为这两家公司在行业发展几十年,EDA软件功能完备、生态完整,好用。那么,如何用EDA软件设计芯片呢?芯片设计七大步,有两步看不到电路第一步,用Verilog编写电路,这个过程是看不到电路图的,就是一堆描述性语言,以代码形式呈现。第二步,跑数字仿真,用到的工具有VCS或MMSIM等工具。仿真的目的是看写出来的设计能不能正常工作,这个过程也看不到电路,还是一堆源代码。第三步,跑完仿真后,将源代码转换成标准单元电路(Standard Cell)。第四步,用IC-Compiler等工具进行布线,就是把标准单元电路找到对应的位置,用软件进行自动连线,这个过程需要和芯片的制造工艺进行辅助配合。第五步,再将标准单元电路填入图形,按设计需求连线,形成版图图形。第六步,完成版图后,还不能马上交付芯片厂生产,谁知道那些单元的连线没连好,造成噪音干扰,导致功耗升高、性能降低。为了消灭潜在bug,需要分别进行设计规则验证、和布局与原理图验证。第七步,两大验证通过后,就可以把版图制成GDSII电子文件,交给芯片厂流片(小批量试制)。第八步,流片后对芯片检测,如果芯片功能正常,符合设计要求,OK,让芯片厂大规模生产。可以看出,芯片整个设计过程共有7个大步骤,全程都通过EDA软件在电脑上完成,不存在工程师手工一个一个画电路图的情形,甚至在前端设计的部分阶段,设计者根本不用考虑晶体管长什么样、有多大,在后端,设计者也不会去数该芯片含有多少晶体管,而由软件自动统计。正是有了EDA软件的帮助,即使芯片内部有多达百亿级的晶体管,设计起来也轻轻松松,这就是高科技的力量和魅力。晶体管是一种半导体器件,主要分为双极性晶体管和单极性晶体管,三极管是双极性晶体管的典型代表;而MOSFET则是单极性集体管的典型代表。以双极性晶体管三极管和单极性晶体管MOSFET为例,介绍CPU如何控制晶体管。CPU如何控制双极性晶体管-三极管三极管是一种流控型器件,具有三个电极,分别为基极、集电极和发射极。通过基极微小的电流可以驱动集电极和发射极之间较大的电流,具有三种工作状态,分别为截止区、放大区和饱和区。主要由PN节构成,可以分为NPN型和PNP型。电路符号和电极如下图所示。以NPN三极管为例,介绍如何控制。典型的电路图如下图所示。NPN三极管的集电极接有发光二极管,三极管的基极通过电阻和开关接至电压VCC,如果让发光二极管点亮,需要PN节正偏,当开关被按下时实现NPN三极管的导通。CPU如何控制单极性晶体管-MOSFETMOSFET是场效应管,是一种压控型半导体器件,具有三个电极,分别为漏极、源极和栅极,有NMOS和PMOS之分。其电路符号如下图所示。对于NMOS,需要Vgs>Vth时才可以导通;对于PMOS,需要Vgs<Vth时才可以导通。以NMOS为例,如下图所示。上图中,开关按下后,栅极是高电平,Vgs>Vth,NMOS的漏极和源极导通,LED发光。以上就是这个问题的回答,感谢留言、评论、转发。更多精彩内容请关注本头条号:玩转嵌入式。感谢大家。苹果的A14芯片在85平方毫米的面积内塞入了125亿~150亿颗晶体管,这就意味着每平方毫米的晶体管密度可望达到1.76亿。如果等比例放大,可比北、上、广、深任何一座城市的规模复杂得多得多。不要试图用传统的办法一颗一颗的焊接这些相当于头发丝直径10万分之一大小的晶体管,因为根本不可能,用镊子夹一颗晶体管跟夹空气没有任何区别,更别说用烙铁将晶体管准确的焊接在已纳米计算的位置上。目前普通人手工能操作的最小尺度应该是在一粒宽约1毫米、长约3毫米的米上刻字。当然借助超高精度的机床操作,精度可以达到0.01~0.001微米,这种极限精度对于操纵一颗晶体管还远远不够。晶体管其实并不是焊上去的,而是通过光刻出来的没错就是用光来做刻刀,原理就像我们在沙滩上晒太阳,暴晒一段时间后,阳光能照射到的皮肤呈现深色,而经过遮挡的皮肤阳光无法照射呈现浅色,这样一幅具象的图案就显现出来了。首先需要一块纯度99.999999999999%(小数点后面12个9)的高纯度晶圆做地基。这样晶体管和铜导线才能夯实得各归其位。光源是直接决定单位面积内能容纳多少晶体管的决定性因素之一。芯片想要做得越小、在单位面积内容纳更多的晶体管,使用更短波长的光源是最直接的手段。ASML的极紫外光刻机(EUV)是以10~14纳米的极紫外光作为光源。设计好的芯片图纸会被制作成一层一层的光罩,一般一块芯片是由几十层电路组成,而每一层电路都需要一个光罩。万事俱备只欠东风,晶圆加热表面形成氧化膜后,让光透过光罩射到涂了光刻胶的晶圆上。被光罩上的电路图挡住光的部分留下,而被光照到的光刻胶遇光就会起反应,容易会被化学腐蚀反应分解出去,或者用等离子体轰击晶圆表面的方式去除没有被光覆盖的位置,一层电路就这样刻在晶圆上了。不需要的光刻胶除去之后,在露出的晶片内注入使晶体管能高效工作的杂质物质,从而制作出半导体元器件。注入后的半导体放在一定温度下进行加热就可以恢复晶体的结构,消除缺陷从而激活半导体材料的电学性能。重复以上的步骤就可以形成多层电子回路。多层电子回路之间是通过气相沉积、电镀的方式形成绝缘层和金属连线,而电镀用于生长铜连线金属层。已经制作好的晶圆在经过化学腐蚀、机械研磨相结合的方式对晶圆表面进行磨抛,实现表面平坦化。然后再进行切片、封装、检测就做成了一块完整的芯片。芯片制造的原理看似简单,但每一步都属于挑战极限从沙子转变成可以制作芯片99.999999999999%的高纯度晶圆,难度可想而知,就连如今使用的极紫外光光源都是费了九牛二虎之力才有所突破,而光刻胶就有几千种。这些都还不是极限难度,极限难度在于如何将电路一层一层的刻画到晶圆上,同时又保持晶体管和电路的泾渭分明,在纳米尺度上保持多层光刻电路对齐。在整个世界范围内能组装光刻机的凤毛麟角,AMSL更是垄断了高端光刻机市场,至今无人能望其项背。其中能造7nm以下工艺的极紫外光刻机EUV重达180吨,拥有超过10万个零部件,90%的关键设备来自外国而非荷兰本国,ASML作为整机公司,实质上只负责光刻机设计与集成各模块,需要全而精的上游产业链作坚实支撑。通俗一些讲:就算给你EUV完整的图纸和配件,也很难调试出光刻芯片的精度。芯片制造这件事,需要一整个完善的产业链来支撑。对于我们国家来说任重而道远,对于国外的封锁,只能一步一个脚印,没有它法。以上个人浅见,欢迎批评指正。认同我的看法,请点个赞再走,感谢!喜欢我的,请关注我,再次感谢!这个问题需要循序渐进,才能回答清楚,为便于理解,需要多上图片。一颗高性能CPU,其内部的复杂程度堪比一座北上广深这样的一线城市。如果说城市的基础建筑材料是砖头,和钢筋、水泥配合,建成高楼大厦,那么CPU也有基础构成元件,它就是晶体管。当然,上图中的晶体管个子太大,CPU内的晶体管都是纳米级别,模样大不相同(运行原理完全一样),看起来像纱网格子(见下图):晶体管需要搭配电容、电阻等其它元件,才能完成“开”、“关”动作,对应计算机语言的“0”和“1”,这也是计算机只能读懂“0”和“1”的原因(现在的编程语言被称为高级语言,运行时都需要芯片中的编译器翻译成机器能读懂的0和1组成的语言),实际上所有的运算过程都是数以亿计的晶体管在不断重复“开”、“关”动作。所有的运算结果,不管是游戏的画面、电影特效还是计算器算买菜钱,都是晶体管不同开关动作组合的结果。晶体管如何和电容搭配?我举DRAM(俗称电脑内存)为例,一个DRAM单元可以存储1比特数据,它由1个晶体管和两个电容组成。见下图。CPU的内部结构要复杂一些,和DRAM的差别在于,DRAM的基本单元(DRAM CELL)结构都是一样的,这也是DRAM拼制造的原因;而CPU内的基本单元的结构并不一样,这样才能组成算术逻辑单元、寄存器、译码器、缓存等部件,最终组成一个CPU内核,由于内部线路复杂,所以CPU既拼制造,也拼设计,比DRAM难度上了一个大台阶。现代CPU基本都是多核打天下,如下图的至强处理器有10个内核。总之,不管CPU多么复杂,它其实都是晶体管和电容、电阻等纳米级的元件,经过复杂的设计组合,得到不同的部件(算术逻辑单元、寄存器等),再由部件组成CPU内核,多个CPU内核再组成CPU,封装后就成了我们看到的样子。见下图:原创回答,搬运必究。 现在手机SoC芯片的晶体管数量动辄百亿个,“愚公移山”拼体力一秒画一个,根本不可能。现在的高端芯片设计,已经和体力活说拜拜,设计流程分工极细,设计过程自动化程度极高,这样才能避免芯片上市,“黄花菜”都凉了的尴尬。下面以数字芯片为例,为大家简单捋一捋芯片设计的过程。两大流程,SoC芯片设计流程可以分为前端和后端,前端负责逻辑设计、输出门级网表(netlist),后端进行物理设计,输出版图(layout),然后将版图传给芯片厂制造(tapeout)。顺带说一句为什么传版图给芯片厂叫tapeout。在早期,芯片设计公司都是用磁带(tape)存储芯片版图文件,需要制造时将磁带送到芯片厂,所以叫“tapeout”。这个词一直沿用到现在,即使现在传送版图文件的方式多样化了。说白了,这是芯片文化的反映,和计算机的“bug”叫法一样,最早就是电子管大型机时代,工程师清扫追寻电子管亮光而被烤死的飞虫,排除飞虫导致的电路故障。后来,“bug"不再指真实世界中的虫子,而是指软件漏洞。说回芯片设计流程。芯片设计两大流程前面说的芯片前端设计,又可细分为行为级、RTL级、门级,行为级描述电路功能,RTL级描述电路结构,门级描述门这一级电路的结构。芯片后端设计是将前端设计产生的门级网表通过EDA工具进行布局布线,以及物理验证,最终产生供芯片厂制造使用的版图文件。芯片设计版图详细描述了电路结构,即哪些地方该保留,哪些地方该腐蚀,哪些地方是连线。芯片制造厂将版图制作成光学掩膜,即可用光刻机制造芯片。上述过程理解比较费力,可以用熟悉的杂志出版打个简单的比方:前端设计相当于编辑根据选题计划,挑选投稿,编辑处理,并确定哪些稿件排在重要位置(封面文章),哪些稿件仅是填补版面的酱油角色。后端设计的任务,则是将选好的稿件,排成版面,做成版面图文件,交给印刷厂付印。简单说,芯片前端设计相当于编辑选稿、处理稿件,后端设计相当于版面编辑排版。芯片设计之所以要分前端和后端,主要是因为芯片特别是高端SoC芯片结构太复杂了。实际上,专业分工是否精细是衡量一个行业复杂度的两大重要指标之一,另一个指标就是自动化程度是否高。芯片设计就是一个高度自动化的行业,从前端到后端,都离不开EDA软件(Electronic Design Automation,即电子设计自动化)。芯片设计公司在DEA软件平台上完成芯片的前后端设计,不需要手工画电路图。EDA主要由美国的Cadence和Synopsys公司提供,两家公司都能提供前端和后端设计软件。目前国内的芯片设计公司包括华为海思、中兴、展讯等企业,都离不开Cadence和Synopsys公司的EDA软件平台。为什么非得用Cadence和Synopsys的?因为这两家公司在行业发展几十年,EDA软件功能完备、生态完整,好用。那么,如何用EDA软件设计芯片呢?芯片设计七大步,有两步看不到电路第一步,用Verilog编写电路,这个过程是看不到电路图的,就是一堆描述性语言,以代码形式呈现。第二步,跑数字仿真,用到的工具有VCS或MMSIM等工具。仿真的目的是看写出来的设计能不能正常工作,这个过程也看不到电路,还是一堆源代码。第三步,跑完仿真后,将源代码转换成标准单元电路(Standard Cell)。第四步,用IC-Compiler等工具进行布线,就是把标准单元电路找到对应的位置,用软件进行自动连线,这个过程需要和芯片的制造工艺进行辅助配合。第五步,再将标准单元电路填入图形,按设计需求连线,形成版图图形。第六步,完成版图后,还不能马上交付芯片厂生产,谁知道那些单元的连线没连好,造成噪音干扰,导致功耗升高、性能降低。为了消灭潜在bug,需要分别进行设计规则验证、和布局与原理图验证。第七步,两大验证通过后,就可以把版图制成GDSII电子文件,交给芯片厂流片(小批量试制)。第八步,流片后对芯片检测,如果芯片功能正常,符合设计要求,OK,让芯片厂大规模生产。可以看出,芯片整个设计过程共有7个大步骤,全程都通过EDA软件在电脑上完成,不存在工程师手工一个一个画电路图的情形,甚至在前端设计的部分阶段,设计者根本不用考虑晶体管长什么样、有多大,在后端,设计者也不会去数该芯片含有多少晶体管,而由软件自动统计。正是有了EDA软件的帮助,即使芯片内部有多达百亿级的晶体管,设计起来也轻轻松松,这就是高科技的力量和魅力。晶体管是一种半导体器件,主要分为双极性晶体管和单极性晶体管,三极管是双极性晶体管的典型代表;而MOSFET则是单极性集体管的典型代表。以双极性晶体管三极管和单极性晶体管MOSFET为例,介绍CPU如何控制晶体管。CPU如何控制双极性晶体管-三极管三极管是一种流控型器件,具有三个电极,分别为基极、集电极和发射极。通过基极微小的电流可以驱动集电极和发射极之间较大的电流,具有三种工作状态,分别为截止区、放大区和饱和区。主要由PN节构成,可以分为NPN型和PNP型。电路符号和电极如下图所示。以NPN三极管为例,介绍如何控制。典型的电路图如下图所示。NPN三极管的集电极接有发光二极管,三极管的基极通过电阻和开关接至电压VCC,如果让发光二极管点亮,需要PN节正偏,当开关被按下时实现NPN三极管的导通。CPU如何控制单极性晶体管-MOSFETMOSFET是场效应管,是一种压控型半导体器件,具有三个电极,分别为漏极、源极和栅极,有NMOS和PMOS之分。其电路符号如下图所示。对于NMOS,需要Vgs>Vth时才可以导通;对于PMOS,需要Vgs<Vth时才可以导通。以NMOS为例,如下图所示。上图中,开关按下后,栅极是高电平,Vgs>Vth,NMOS的漏极和源极导通,LED发光。以上就是这个问题的回答,感谢留言、评论、转发。更多精彩内容请关注本头条号:玩转嵌入式。感谢大家。苹果的A14芯片在85平方毫米的面积内塞入了125亿~150亿颗晶体管,这就意味着每平方毫米的晶体管密度可望达到1.76亿。如果等比例放大,可比北、上、广、深任何一座城市的规模复杂得多得多。不要试图用传统的办法一颗一颗的焊接这些相当于头发丝直径10万分之一大小的晶体管,因为根本不可能,用镊子夹一颗晶体管跟夹空气没有任何区别,更别说用烙铁将晶体管准确的焊接在已纳米计算的位置上。目前普通人手工能操作的最小尺度应该是在一粒宽约1毫米、长约3毫米的米上刻字。当然借助超高精度的机床操作,精度可以达到0.01~0.001微米,这种极限精度对于操纵一颗晶体管还远远不够。晶体管其实并不是焊上去的,而是通过光刻出来的没错就是用光来做刻刀,原理就像我们在沙滩上晒太阳,暴晒一段时间后,阳光能照射到的皮肤呈现深色,而经过遮挡的皮肤阳光无法照射呈现浅色,这样一幅具象的图案就显现出来了。首先需要一块纯度99.999999999999%(小数点后面12个9)的高纯度晶圆做地基。这样晶体管和铜导线才能夯实得各归其位。光源是直接决定单位面积内能容纳多少晶体管的决定性因素之一。芯片想要做得越小、在单位面积内容纳更多的晶体管,使用更短波长的光源是最直接的手段。ASML的极紫外光刻机(EUV)是以10~14纳米的极紫外光作为光源。设计好的芯片图纸会被制作成一层一层的光罩,一般一块芯片是由几十层电路组成,而每一层电路都需要一个光罩。万事俱备只欠东风,晶圆加热表面形成氧化膜后,让光透过光罩射到涂了光刻胶的晶圆上。被光罩上的电路图挡住光的部分留下,而被光照到的光刻胶遇光就会起反应,容易会被化学腐蚀反应分解出去,或者用等离子体轰击晶圆表面的方式去除没有被光覆盖的位置,一层电路就这样刻在晶圆上了。不需要的光刻胶除去之后,在露出的晶片内注入使晶体管能高效工作的杂质物质,从而制作出半导体元器件。注入后的半导体放在一定温度下进行加热就可以恢复晶体的结构,消除缺陷从而激活半导体材料的电学性能。重复以上的步骤就可以形成多层电子回路。多层电子回路之间是通过气相沉积、电镀的方式形成绝缘层和金属连线,而电镀用于生长铜连线金属层。已经制作好的晶圆在经过化学腐蚀、机械研磨相结合的方式对晶圆表面进行磨抛,实现表面平坦化。然后再进行切片、封装、检测就做成了一块完整的芯片。芯片制造的原理看似简单,但每一步都属于挑战极限从沙子转变成可以制作芯片99.999999999999%的高纯度晶圆,难度可想而知,就连如今使用的极紫外光光源都是费了九牛二虎之力才有所突破,而光刻胶就有几千种。这些都还不是极限难度,极限难度在于如何将电路一层一层的刻画到晶圆上,同时又保持晶体管和电路的泾渭分明,在纳米尺度上保持多层光刻电路对齐。在整个世界范围内能组装光刻机的凤毛麟角,AMSL更是垄断了高端光刻机市场,至今无人能望其项背。其中能造7nm以下工艺的极紫外光刻机EUV重达180吨,拥有超过10万个零部件,90%的关键设备来自外国而非荷兰本国,ASML作为整机公司,实质上只负责光刻机设计与集成各模块,需要全而精的上游产业链作坚实支撑。通俗一些讲:就算给你EUV完整的图纸和配件,也很难调试出光刻芯片的精度。芯片制造这件事,需要一整个完善的产业链来支撑。对于我们国家来说任重而道远,对于国外的封锁,只能一步一个脚印,没有它法。以上个人浅见,欢迎批评指正。认同我的看法,请点个赞再走,感谢!喜欢我的,请关注我,再次感谢!这个问题需要循序渐进,才能回答清楚,为便于理解,需要多上图片。一颗高性能CPU,其内部的复杂程度堪比一座北上广深这样的一线城市。如果说城市的基础建筑材料是砖头,和钢筋、水泥配合,建成高楼大厦,那么CPU也有基础构成元件,它就是晶体管。当然,上图中的晶体管个子太大,CPU内的晶体管都是纳米级别,模样大不相同(运行原理完全一样),看起来像纱网格子(见下图):晶体管需要搭配电容、电阻等其它元件,才能完成“开”、“关”动作,对应计算机语言的“0”和“1”,这也是计算机只能读懂“0”和“1”的原因(现在的编程语言被称为高级语言,运行时都需要芯片中的编译器翻译成机器能读懂的0和1组成的语言),实际上所有的运算过程都是数以亿计的晶体管在不断重复“开”、“关”动作。所有的运算结果,不管是游戏的画面、电影特效还是计算器算买菜钱,都是晶体管不同开关动作组合的结果。晶体管如何和电容搭配?我举DRAM(俗称电脑内存)为例,一个DRAM单元可以存储1比特数据,它由1个晶体管和两个电容组成。见下图。CPU的内部结构要复杂一些,和DRAM的差别在于,DRAM的基本单元(DRAM CELL)结构都是一样的,这也是DRAM拼制造的原因;而CPU内的基本单元的结构并不一样,这样才能组成算术逻辑单元、寄存器、译码器、缓存等部件,最终组成一个CPU内核,由于内部线路复杂,所以CPU既拼制造,也拼设计,比DRAM难度上了一个大台阶。现代CPU基本都是多核打天下,如下图的至强处理器有10个内核。总之,不管CPU多么复杂,它其实都是晶体管和电容、电阻等纳米级的元件,经过复杂的设计组合,得到不同的部件(算术逻辑单元、寄存器等),再由部件组成CPU内核,多个CPU内核再组成CPU,封装后就成了我们看到的样子。见下图:原创回答,搬运必究。长久以来我们一直都闯入了一个误区:认为晶体管是越做越小。其实不完全是这样的。晶体管是朝着2个方向发展的:信息电子方向:将晶体管越做越小,越做越快。当今的电脑、手机、通信芯片等都属于这个范畴。 电力电子方向:将晶体管越做越大,越做越快。其代表产品就是IGBT,它广泛的应用于轨道交通、智能电网、航空航天、电动汽车、新能源装备等领域。 下图就是我们常见到的一些普通晶体管(仅展示部分,并非全部)。因为性能、封装的不同,所以它们会有不同的外观。 晶体管的作用晶体管(Transistor)是一种固体半导体器件,包括二极管、三极管、场效应管、晶闸管等等,它具有检波、整流、放大、开关、稳压、信号调制等多种功能。晶体管作为一种可变电流开关,能够基于输入电压控制输出电流,与普通机械开关不同,晶体管利用电信号来控制自身的开合,所以开关速度可以非常快。 与电子管相比,晶体管具有更多的优越性:1、晶体管构件没有消耗;电子管会因为阴极原子的变化和慢性漏气而逐渐劣质化。晶体管的寿命一般比电子管长100到1000倍。2、晶体管耗电能极少;晶体管消耗的电能仅为电子管的十分之一或几十分之一。电子管需要加热灯丝产生自由电子,而晶体管不需要。一台晶体管收音机只需要几节干电池就可以听半年以上,电子管的收音机就很难做到。3、晶体管不需要预热;晶体管一开机就可以工作。电子管设备做不到这点,开机后需要等待一会。4、晶体管结实可靠;普通晶体管的体积只有电子管的十分之一到百分之一,放热很少,耐冲击,耐振动,可以说晶体管使电路小型化、集成化、大规模化成为了可能。芯片的晶体管为什么越做越小?芯片上集成了很多的晶体管,这些晶体管控制了很多电流,如果晶体管的尺寸逐渐变小的话,里面源极和漏极之间的那个沟道长度L也会相应的缩短,沟道长度变小后,晶体管就会有更快的反应速度,更低的控制电压。但进入28nm后再按照以往的经验来缩减晶体管尺寸,将会失效。当沟道缩短到一定程度之后,在芯片里面就会因为量子的隧穿效应,此时晶体管关断。目前业内通过Fin-FET(鳍式场效应晶体管),SOI(在晶体管之间,加入绝缘物质)等技术来解决这个问题。芯片做小后主要会有以下几个好处:1、节能:晶体管大了,走的电路就越多,耗能就越大;晶体管做的越小,电流可以走更多捷径,多节能环保。2、性能提高:晶体管越小,同一块芯片单位面积内能工作的晶体管更多了,性能就更好。3、减少成本:芯片小了,一个硅片能做成更多的成品芯片,很大程序的降低了成本。4、减少芯片占用空间:芯片做小了,我们的电脑、手机才可能做得更小、更薄。所以芯片的趋势就是越做越小,越做性能越强。有种说法,当价格不变时,集成电路上能容纳的元器件的数目,约每隔18~24个月就会增加一倍,性能也将提升一倍,这就是有名的摩尔定律。所以芯片的进化,就是晶体管变小的过程。电力电子晶体管为什么越做越大?电力晶体管(Giant Transistor直译为巨型晶体管),是一种耐高电压、大电流的双极结型集体管(Bipolor Junction Transistor-BJT)。电力晶体管开关特性好,但驱动电路复杂,驱动功率大。而IGBT,绝缘栅双极晶体管(Insulate-Gate Bipolar Transistor)也是三端器件(含栅极、集电极和发射极)。IGBT综合了电力晶体管(GTR)和电力场效应管的优点。电力电子晶体管之所以会越做越大,得先看一下它的发展历史:1957年,通用电气公司(General Electric)根据肖克利的“勾型”(就是PNPN四层晶闸管结构)晶体管结构研制出第一个300V/25A可控硅SCR(后来叫晶闸管)。可控硅能处理较高的电压电流,开辟了以处理能力为目的的电力电子的新领域。1962年,GE公司研制出第一个600V/200A的GTO(可关断晶闸管),克服了普通可控硅不能门极控制关断的缺点。但GTO在实际应用中容易烧毁。1974年,日本东芝等公司采用NTD单晶片并通过计算机模拟技术,在GTO研制上取得突破,生产出1200V/2000A的GTO。而越做越大的双极晶体管采用垂直结构、达林顿级联技术以及多元胞集成并联等技术已经做到了500V/200A/50(电流放大倍数hFE),此时已经称作GTR。因MOS集成电路在20世纪70年代末得到了飞速发展。1982年,CE公司的美籍印度人B.J.Baliga和Motorola公司几乎独自同时发明了IGBT。1984年GE公司的V.A.K. Temple发明性能更为优越的MCT(H),在1991年商品化生产,但在20世纪90年代末因结构过于复杂成品率低而陷于停滞状态。1972年,日本人西泽润一采用JFET结构研制出了静电感应晶体管及晶闸管SIT、SITH。20世纪90年代初,日本三菱公司研制开发的以IGBT为基础的智能功率模块(IPM)经过十年的改进,也进入了成熟应用。1995年,西门子公司首次推出了非穿通结构(Non Punch Through)的NPT-IGBT,这在技术上是一个里程碑。因为,NPT-IGBT技术可以使功率开关器件在高温可靠性、安全工作区、超高耐压、低成本、高开关性能等诸多方面同时得到显著提高。采用NPT-IGBT技术及GTO圆片工艺,目前已经可以做出6500V/600A的NPT-IGBT。在20世纪80年代认为要大大发展的功率集成电路(PIC-Power Integrated Circuit)主要包括高压集成电路HVIC和智能功率集成电路(Smart Power IC)有所发展,但发展不快,应用范围也较小。当今电力电子器件正朝着高可靠、高功率频率积、高集成化、高智能化、低成本化、高允许工作温度的方向发展。从上图可见,如果没有电力电子晶体管,在宏观的世界里就不会带给我们带来这么多便利,芯片也很难越做越小。晶体管不管是从微观和宏观的发展都改变了这个世界,促进了整个时代的发展。它是建设现代化信息社会的基石。以上个人浅见,欢迎批评指正。喜欢的可以关注我,谢谢!认同我的看法的请点个赞再走,再次感谢! 现在手机SoC芯片的晶体管数量动辄百亿个,“愚公移山”拼体力一秒画一个,根本不可能。现在的高端芯片设计,已经和体力活说拜拜,设计流程分工极细,设计过程自动化程度极高,这样才能避免芯片上市,“黄花菜”都凉了的尴尬。下面以数字芯片为例,为大家简单捋一捋芯片设计的过程。两大流程,SoC芯片设计流程可以分为前端和后端,前端负责逻辑设计、输出门级网表(netlist),后端进行物理设计,输出版图(layout),然后将版图传给芯片厂制造(tapeout)。顺带说一句为什么传版图给芯片厂叫tapeout。在早期,芯片设计公司都是用磁带(tape)存储芯片版图文件,需要制造时将磁带送到芯片厂,所以叫“tapeout”。这个词一直沿用到现在,即使现在传送版图文件的方式多样化了。说白了,这是芯片文化的反映,和计算机的“bug”叫法一样,最早就是电子管大型机时代,工程师清扫追寻电子管亮光而被烤死的飞虫,排除飞虫导致的电路故障。后来,“bug"不再指真实世界中的虫子,而是指软件漏洞。说回芯片设计流程。芯片设计两大流程前面说的芯片前端设计,又可细分为行为级、RTL级、门级,行为级描述电路功能,RTL级描述电路结构,门级描述门这一级电路的结构。芯片后端设计是将前端设计产生的门级网表通过EDA工具进行布局布线,以及物理验证,最终产生供芯片厂制造使用的版图文件。芯片设计版图详细描述了电路结构,即哪些地方该保留,哪些地方该腐蚀,哪些地方是连线。芯片制造厂将版图制作成光学掩膜,即可用光刻机制造芯片。上述过程理解比较费力,可以用熟悉的杂志出版打个简单的比方:前端设计相当于编辑根据选题计划,挑选投稿,编辑处理,并确定哪些稿件排在重要位置(封面文章),哪些稿件仅是填补版面的酱油角色。后端设计的任务,则是将选好的稿件,排成版面,做成版面图文件,交给印刷厂付印。简单说,芯片前端设计相当于编辑选稿、处理稿件,后端设计相当于版面编辑排版。芯片设计之所以要分前端和后端,主要是因为芯片特别是高端SoC芯片结构太复杂了。实际上,专业分工是否精细是衡量一个行业复杂度的两大重要指标之一,另一个指标就是自动化程度是否高。芯片设计就是一个高度自动化的行业,从前端到后端,都离不开EDA软件(Electronic Design Automation,即电子设计自动化)。芯片设计公司在DEA软件平台上完成芯片的前后端设计,不需要手工画电路图。EDA主要由美国的Cadence和Synopsys公司提供,两家公司都能提供前端和后端设计软件。目前国内的芯片设计公司包括华为海思、中兴、展讯等企业,都离不开Cadence和Synopsys公司的EDA软件平台。为什么非得用Cadence和Synopsys的?因为这两家公司在行业发展几十年,EDA软件功能完备、生态完整,好用。那么,如何用EDA软件设计芯片呢?芯片设计七大步,有两步看不到电路第一步,用Verilog编写电路,这个过程是看不到电路图的,就是一堆描述性语言,以代码形式呈现。第二步,跑数字仿真,用到的工具有VCS或MMSIM等工具。仿真的目的是看写出来的设计能不能正常工作,这个过程也看不到电路,还是一堆源代码。第三步,跑完仿真后,将源代码转换成标准单元电路(Standard Cell)。第四步,用IC-Compiler等工具进行布线,就是把标准单元电路找到对应的位置,用软件进行自动连线,这个过程需要和芯片的制造工艺进行辅助配合。第五步,再将标准单元电路填入图形,按设计需求连线,形成版图图形。第六步,完成版图后,还不能马上交付芯片厂生产,谁知道那些单元的连线没连好,造成噪音干扰,导致功耗升高、性能降低。为了消灭潜在bug,需要分别进行设计规则验证、和布局与原理图验证。第七步,两大验证通过后,就可以把版图制成GDSII电子文件,交给芯片厂流片(小批量试制)。第八步,流片后对芯片检测,如果芯片功能正常,符合设计要求,OK,让芯片厂大规模生产。可以看出,芯片整个设计过程共有7个大步骤,全程都通过EDA软件在电脑上完成,不存在工程师手工一个一个画电路图的情形,甚至在前端设计的部分阶段,设计者根本不用考虑晶体管长什么样、有多大,在后端,设计者也不会去数该芯片含有多少晶体管,而由软件自动统计。正是有了EDA软件的帮助,即使芯片内部有多达百亿级的晶体管,设计起来也轻轻松松,这就是高科技的力量和魅力。晶体管是一种半导体器件,主要分为双极性晶体管和单极性晶体管,三极管是双极性晶体管的典型代表;而MOSFET则是单极性集体管的典型代表。以双极性晶体管三极管和单极性晶体管MOSFET为例,介绍CPU如何控制晶体管。CPU如何控制双极性晶体管-三极管三极管是一种流控型器件,具有三个电极,分别为基极、集电极和发射极。通过基极微小的电流可以驱动集电极和发射极之间较大的电流,具有三种工作状态,分别为截止区、放大区和饱和区。主要由PN节构成,可以分为NPN型和PNP型。电路符号和电极如下图所示。以NPN三极管为例,介绍如何控制。典型的电路图如下图所示。NPN三极管的集电极接有发光二极管,三极管的基极通过电阻和开关接至电压VCC,如果让发光二极管点亮,需要PN节正偏,当开关被按下时实现NPN三极管的导通。CPU如何控制单极性晶体管-MOSFETMOSFET是场效应管,是一种压控型半导体器件,具有三个电极,分别为漏极、源极和栅极,有NMOS和PMOS之分。其电路符号如下图所示。对于NMOS,需要Vgs>Vth时才可以导通;对于PMOS,需要Vgs<Vth时才可以导通。以NMOS为例,如下图所示。上图中,开关按下后,栅极是高电平,Vgs>Vth,NMOS的漏极和源极导通,LED发光。以上就是这个问题的回答,感谢留言、评论、转发。更多精彩内容请关注本头条号:玩转嵌入式。感谢大家。苹果的A14芯片在85平方毫米的面积内塞入了125亿~150亿颗晶体管,这就意味着每平方毫米的晶体管密度可望达到1.76亿。如果等比例放大,可比北、上、广、深任何一座城市的规模复杂得多得多。不要试图用传统的办法一颗一颗的焊接这些相当于头发丝直径10万分之一大小的晶体管,因为根本不可能,用镊子夹一颗晶体管跟夹空气没有任何区别,更别说用烙铁将晶体管准确的焊接在已纳米计算的位置上。目前普通人手工能操作的最小尺度应该是在一粒宽约1毫米、长约3毫米的米上刻字。当然借助超高精度的机床操作,精度可以达到0.01~0.001微米,这种极限精度对于操纵一颗晶体管还远远不够。晶体管其实并不是焊上去的,而是通过光刻出来的没错就是用光来做刻刀,原理就像我们在沙滩上晒太阳,暴晒一段时间后,阳光能照射到的皮肤呈现深色,而经过遮挡的皮肤阳光无法照射呈现浅色,这样一幅具象的图案就显现出来了。首先需要一块纯度99.999999999999%(小数点后面12个9)的高纯度晶圆做地基。这样晶体管和铜导线才能夯实得各归其位。光源是直接决定单位面积内能容纳多少晶体管的决定性因素之一。芯片想要做得越小、在单位面积内容纳更多的晶体管,使用更短波长的光源是最直接的手段。ASML的极紫外光刻机(EUV)是以10~14纳米的极紫外光作为光源。设计好的芯片图纸会被制作成一层一层的光罩,一般一块芯片是由几十层电路组成,而每一层电路都需要一个光罩。万事俱备只欠东风,晶圆加热表面形成氧化膜后,让光透过光罩射到涂了光刻胶的晶圆上。被光罩上的电路图挡住光的部分留下,而被光照到的光刻胶遇光就会起反应,容易会被化学腐蚀反应分解出去,或者用等离子体轰击晶圆表面的方式去除没有被光覆盖的位置,一层电路就这样刻在晶圆上了。不需要的光刻胶除去之后,在露出的晶片内注入使晶体管能高效工作的杂质物质,从而制作出半导体元器件。注入后的半导体放在一定温度下进行加热就可以恢复晶体的结构,消除缺陷从而激活半导体材料的电学性能。重复以上的步骤就可以形成多层电子回路。多层电子回路之间是通过气相沉积、电镀的方式形成绝缘层和金属连线,而电镀用于生长铜连线金属层。已经制作好的晶圆在经过化学腐蚀、机械研磨相结合的方式对晶圆表面进行磨抛,实现表面平坦化。然后再进行切片、封装、检测就做成了一块完整的芯片。芯片制造的原理看似简单,但每一步都属于挑战极限从沙子转变成可以制作芯片99.999999999999%的高纯度晶圆,难度可想而知,就连如今使用的极紫外光光源都是费了九牛二虎之力才有所突破,而光刻胶就有几千种。这些都还不是极限难度,极限难度在于如何将电路一层一层的刻画到晶圆上,同时又保持晶体管和电路的泾渭分明,在纳米尺度上保持多层光刻电路对齐。在整个世界范围内能组装光刻机的凤毛麟角,AMSL更是垄断了高端光刻机市场,至今无人能望其项背。其中能造7nm以下工艺的极紫外光刻机EUV重达180吨,拥有超过10万个零部件,90%的关键设备来自外国而非荷兰本国,ASML作为整机公司,实质上只负责光刻机设计与集成各模块,需要全而精的上游产业链作坚实支撑。通俗一些讲:就算给你EUV完整的图纸和配件,也很难调试出光刻芯片的精度。芯片制造这件事,需要一整个完善的产业链来支撑。对于我们国家来说任重而道远,对于国外的封锁,只能一步一个脚印,没有它法。以上个人浅见,欢迎批评指正。认同我的看法,请点个赞再走,感谢!喜欢我的,请关注我,再次感谢!这个问题需要循序渐进,才能回答清楚,为便于理解,需要多上图片。一颗高性能CPU,其内部的复杂程度堪比一座北上广深这样的一线城市。如果说城市的基础建筑材料是砖头,和钢筋、水泥配合,建成高楼大厦,那么CPU也有基础构成元件,它就是晶体管。当然,上图中的晶体管个子太大,CPU内的晶体管都是纳米级别,模样大不相同(运行原理完全一样),看起来像纱网格子(见下图):晶体管需要搭配电容、电阻等其它元件,才能完成“开”、“关”动作,对应计算机语言的“0”和“1”,这也是计算机只能读懂“0”和“1”的原因(现在的编程语言被称为高级语言,运行时都需要芯片中的编译器翻译成机器能读懂的0和1组成的语言),实际上所有的运算过程都是数以亿计的晶体管在不断重复“开”、“关”动作。所有的运算结果,不管是游戏的画面、电影特效还是计算器算买菜钱,都是晶体管不同开关动作组合的结果。晶体管如何和电容搭配?我举DRAM(俗称电脑内存)为例,一个DRAM单元可以存储1比特数据,它由1个晶体管和两个电容组成。见下图。CPU的内部结构要复杂一些,和DRAM的差别在于,DRAM的基本单元(DRAM CELL)结构都是一样的,这也是DRAM拼制造的原因;而CPU内的基本单元的结构并不一样,这样才能组成算术逻辑单元、寄存器、译码器、缓存等部件,最终组成一个CPU内核,由于内部线路复杂,所以CPU既拼制造,也拼设计,比DRAM难度上了一个大台阶。现代CPU基本都是多核打天下,如下图的至强处理器有10个内核。总之,不管CPU多么复杂,它其实都是晶体管和电容、电阻等纳米级的元件,经过复杂的设计组合,得到不同的部件(算术逻辑单元、寄存器等),再由部件组成CPU内核,多个CPU内核再组成CPU,封装后就成了我们看到的样子。见下图:原创回答,搬运必究。长久以来我们一直都闯入了一个误区:认为晶体管是越做越小。其实不完全是这样的。晶体管是朝着2个方向发展的:信息电子方向:将晶体管越做越小,越做越快。当今的电脑、手机、通信芯片等都属于这个范畴。 电力电子方向:将晶体管越做越大,越做越快。其代表产品就是IGBT,它广泛的应用于轨道交通、智能电网、航空航天、电动汽车、新能源装备等领域。 下图就是我们常见到的一些普通晶体管(仅展示部分,并非全部)。因为性能、封装的不同,所以它们会有不同的外观。 晶体管的作用晶体管(Transistor)是一种固体半导体器件,包括二极管、三极管、场效应管、晶闸管等等,它具有检波、整流、放大、开关、稳压、信号调制等多种功能。晶体管作为一种可变电流开关,能够基于输入电压控制输出电流,与普通机械开关不同,晶体管利用电信号来控制自身的开合,所以开关速度可以非常快。 与电子管相比,晶体管具有更多的优越性:1、晶体管构件没有消耗;电子管会因为阴极原子的变化和慢性漏气而逐渐劣质化。晶体管的寿命一般比电子管长100到1000倍。2、晶体管耗电能极少;晶体管消耗的电能仅为电子管的十分之一或几十分之一。电子管需要加热灯丝产生自由电子,而晶体管不需要。一台晶体管收音机只需要几节干电池就可以听半年以上,电子管的收音机就很难做到。3、晶体管不需要预热;晶体管一开机就可以工作。电子管设备做不到这点,开机后需要等待一会。4、晶体管结实可靠;普通晶体管的体积只有电子管的十分之一到百分之一,放热很少,耐冲击,耐振动,可以说晶体管使电路小型化、集成化、大规模化成为了可能。芯片的晶体管为什么越做越小?芯片上集成了很多的晶体管,这些晶体管控制了很多电流,如果晶体管的尺寸逐渐变小的话,里面源极和漏极之间的那个沟道长度L也会相应的缩短,沟道长度变小后,晶体管就会有更快的反应速度,更低的控制电压。但进入28nm后再按照以往的经验来缩减晶体管尺寸,将会失效。当沟道缩短到一定程度之后,在芯片里面就会因为量子的隧穿效应,此时晶体管关断。目前业内通过Fin-FET(鳍式场效应晶体管),SOI(在晶体管之间,加入绝缘物质)等技术来解决这个问题。芯片做小后主要会有以下几个好处:1、节能:晶体管大了,走的电路就越多,耗能就越大;晶体管做的越小,电流可以走更多捷径,多节能环保。2、性能提高:晶体管越小,同一块芯片单位面积内能工作的晶体管更多了,性能就更好。3、减少成本:芯片小了,一个硅片能做成更多的成品芯片,很大程序的降低了成本。4、减少芯片占用空间:芯片做小了,我们的电脑、手机才可能做得更小、更薄。所以芯片的趋势就是越做越小,越做性能越强。有种说法,当价格不变时,集成电路上能容纳的元器件的数目,约每隔18~24个月就会增加一倍,性能也将提升一倍,这就是有名的摩尔定律。所以芯片的进化,就是晶体管变小的过程。电力电子晶体管为什么越做越大?电力晶体管(Giant Transistor直译为巨型晶体管),是一种耐高电压、大电流的双极结型集体管(Bipolor Junction Transistor-BJT)。电力晶体管开关特性好,但驱动电路复杂,驱动功率大。而IGBT,绝缘栅双极晶体管(Insulate-Gate Bipolar Transistor)也是三端器件(含栅极、集电极和发射极)。IGBT综合了电力晶体管(GTR)和电力场效应管的优点。电力电子晶体管之所以会越做越大,得先看一下它的发展历史:1957年,通用电气公司(General Electric)根据肖克利的“勾型”(就是PNPN四层晶闸管结构)晶体管结构研制出第一个300V/25A可控硅SCR(后来叫晶闸管)。可控硅能处理较高的电压电流,开辟了以处理能力为目的的电力电子的新领域。1962年,GE公司研制出第一个600V/200A的GTO(可关断晶闸管),克服了普通可控硅不能门极控制关断的缺点。但GTO在实际应用中容易烧毁。1974年,日本东芝等公司采用NTD单晶片并通过计算机模拟技术,在GTO研制上取得突破,生产出1200V/2000A的GTO。而越做越大的双极晶体管采用垂直结构、达林顿级联技术以及多元胞集成并联等技术已经做到了500V/200A/50(电流放大倍数hFE),此时已经称作GTR。因MOS集成电路在20世纪70年代末得到了飞速发展。1982年,CE公司的美籍印度人B.J.Baliga和Motorola公司几乎独自同时发明了IGBT。1984年GE公司的V.A.K. Temple发明性能更为优越的MCT(H),在1991年商品化生产,但在20世纪90年代末因结构过于复杂成品率低而陷于停滞状态。1972年,日本人西泽润一采用JFET结构研制出了静电感应晶体管及晶闸管SIT、SITH。20世纪90年代初,日本三菱公司研制开发的以IGBT为基础的智能功率模块(IPM)经过十年的改进,也进入了成熟应用。1995年,西门子公司首次推出了非穿通结构(Non Punch Through)的NPT-IGBT,这在技术上是一个里程碑。因为,NPT-IGBT技术可以使功率开关器件在高温可靠性、安全工作区、超高耐压、低成本、高开关性能等诸多方面同时得到显著提高。采用NPT-IGBT技术及GTO圆片工艺,目前已经可以做出6500V/600A的NPT-IGBT。在20世纪80年代认为要大大发展的功率集成电路(PIC-Power Integrated Circuit)主要包括高压集成电路HVIC和智能功率集成电路(Smart Power IC)有所发展,但发展不快,应用范围也较小。当今电力电子器件正朝着高可靠、高功率频率积、高集成化、高智能化、低成本化、高允许工作温度的方向发展。从上图可见,如果没有电力电子晶体管,在宏观的世界里就不会带给我们带来这么多便利,芯片也很难越做越小。晶体管不管是从微观和宏观的发展都改变了这个世界,促进了整个时代的发展。它是建设现代化信息社会的基石。以上个人浅见,欢迎批评指正。喜欢的可以关注我,谢谢!认同我的看法的请点个赞再走,再次感谢!设计师对每个晶体管都心里有数?在集成电路发展的早期,是这样的。早期的CPU世界上第一个商用微处理器,Intel 于1971年推出的 4004,仅包含2250个晶体管。这时的CPU可以完全由设计师绘制,设计师当然也清楚每个晶体管都是做什么的。早期的其他CPU也是类似情况,比如1974年出品的 Intel 8080,共包含4500个晶体管;1975年出品的6502,仅3510个晶体管。当然,CPU这种数字逻辑芯片设计的基本单元其实不是晶体管,而是逻辑门,或者更大一点的触发器。当然,每个逻辑门和触发器所包含的晶体管都是固定的,也就可以认为,清楚知道每个逻辑门和触发器的分工和作用,就能清楚的知道每个晶体管的分工了。以上,是CPU设计的手工时代,设计师了解,也必须了解每个晶体管的分工和作用。现代的CPU由于现代芯片规模巨大,通常都利用EDA工具来生成和验证门级网表。逻辑设计师们通常工作在RTL(寄存器传输级)级。同时,由于IP核的大量使用,设计师已经很难清楚每个逻辑门,或者每个晶体管的分工了。类似软件开发我们可以用软件开发类比:以前的软件开发,工程师直接用汇编语言编写程序。工程师也清楚每条机器指令的作用现代的软件开发,工程师使用高级语言编写程序(如C++,Java,Go,Python),还会使用很多外来程序库(如Pytorch),这样,工程师已经难以清楚每条机器指令的作用了 现在手机SoC芯片的晶体管数量动辄百亿个,“愚公移山”拼体力一秒画一个,根本不可能。现在的高端芯片设计,已经和体力活说拜拜,设计流程分工极细,设计过程自动化程度极高,这样才能避免芯片上市,“黄花菜”都凉了的尴尬。下面以数字芯片为例,为大家简单捋一捋芯片设计的过程。两大流程,SoC芯片设计流程可以分为前端和后端,前端负责逻辑设计、输出门级网表(netlist),后端进行物理设计,输出版图(layout),然后将版图传给芯片厂制造(tapeout)。顺带说一句为什么传版图给芯片厂叫tapeout。在早期,芯片设计公司都是用磁带(tape)存储芯片版图文件,需要制造时将磁带送到芯片厂,所以叫“tapeout”。这个词一直沿用到现在,即使现在传送版图文件的方式多样化了。说白了,这是芯片文化的反映,和计算机的“bug”叫法一样,最早就是电子管大型机时代,工程师清扫追寻电子管亮光而被烤死的飞虫,排除飞虫导致的电路故障。后来,“bug"不再指真实世界中的虫子,而是指软件漏洞。说回芯片设计流程。芯片设计两大流程前面说的芯片前端设计,又可细分为行为级、RTL级、门级,行为级描述电路功能,RTL级描述电路结构,门级描述门这一级电路的结构。芯片后端设计是将前端设计产生的门级网表通过EDA工具进行布局布线,以及物理验证,最终产生供芯片厂制造使用的版图文件。芯片设计版图详细描述了电路结构,即哪些地方该保留,哪些地方该腐蚀,哪些地方是连线。芯片制造厂将版图制作成光学掩膜,即可用光刻机制造芯片。上述过程理解比较费力,可以用熟悉的杂志出版打个简单的比方:前端设计相当于编辑根据选题计划,挑选投稿,编辑处理,并确定哪些稿件排在重要位置(封面文章),哪些稿件仅是填补版面的酱油角色。后端设计的任务,则是将选好的稿件,排成版面,做成版面图文件,交给印刷厂付印。简单说,芯片前端设计相当于编辑选稿、处理稿件,后端设计相当于版面编辑排版。芯片设计之所以要分前端和后端,主要是因为芯片特别是高端SoC芯片结构太复杂了。实际上,专业分工是否精细是衡量一个行业复杂度的两大重要指标之一,另一个指标就是自动化程度是否高。芯片设计就是一个高度自动化的行业,从前端到后端,都离不开EDA软件(Electronic Design Automation,即电子设计自动化)。芯片设计公司在DEA软件平台上完成芯片的前后端设计,不需要手工画电路图。EDA主要由美国的Cadence和Synopsys公司提供,两家公司都能提供前端和后端设计软件。目前国内的芯片设计公司包括华为海思、中兴、展讯等企业,都离不开Cadence和Synopsys公司的EDA软件平台。为什么非得用Cadence和Synopsys的?因为这两家公司在行业发展几十年,EDA软件功能完备、生态完整,好用。那么,如何用EDA软件设计芯片呢?芯片设计七大步,有两步看不到电路第一步,用Verilog编写电路,这个过程是看不到电路图的,就是一堆描述性语言,以代码形式呈现。第二步,跑数字仿真,用到的工具有VCS或MMSIM等工具。仿真的目的是看写出来的设计能不能正常工作,这个过程也看不到电路,还是一堆源代码。第三步,跑完仿真后,将源代码转换成标准单元电路(Standard Cell)。第四步,用IC-Compiler等工具进行布线,就是把标准单元电路找到对应的位置,用软件进行自动连线,这个过程需要和芯片的制造工艺进行辅助配合。第五步,再将标准单元电路填入图形,按设计需求连线,形成版图图形。第六步,完成版图后,还不能马上交付芯片厂生产,谁知道那些单元的连线没连好,造成噪音干扰,导致功耗升高、性能降低。为了消灭潜在bug,需要分别进行设计规则验证、和布局与原理图验证。第七步,两大验证通过后,就可以把版图制成GDSII电子文件,交给芯片厂流片(小批量试制)。第八步,流片后对芯片检测,如果芯片功能正常,符合设计要求,OK,让芯片厂大规模生产。可以看出,芯片整个设计过程共有7个大步骤,全程都通过EDA软件在电脑上完成,不存在工程师手工一个一个画电路图的情形,甚至在前端设计的部分阶段,设计者根本不用考虑晶体管长什么样、有多大,在后端,设计者也不会去数该芯片含有多少晶体管,而由软件自动统计。正是有了EDA软件的帮助,即使芯片内部有多达百亿级的晶体管,设计起来也轻轻松松,这就是高科技的力量和魅力。 现在手机SoC芯片的晶体管数量动辄百亿个,“愚公移山”拼体力一秒画一个,根本不可能。现在的高端芯片设计,已经和体力活说拜拜,设计流程分工极细,设计过程自动化程度极高,这样才能避免芯片上市,“黄花菜”都凉了的尴尬。下面以数字芯片为例,为大家简单捋一捋芯片设计的过程。两大流程,SoC芯片设计流程可以分为前端和后端,前端负责逻辑设计、输出门级网表(netlist),后端进行物理设计,输出版图(layout),然后将版图传给芯片厂制造(tapeout)。顺带说一句为什么传版图给芯片厂叫tapeout。在早期,芯片设计公司都是用磁带(tape)存储芯片版图文件,需要制造时将磁带送到芯片厂,所以叫“tapeout”。这个词一直沿用到现在,即使现在传送版图文件的方式多样化了。说白了,这是芯片文化的反映,和计算机的“bug”叫法一样,最早就是电子管大型机时代,工程师清扫追寻电子管亮光而被烤死的飞虫,排除飞虫导致的电路故障。后来,“bug"不再指真实世界中的虫子,而是指软件漏洞。说回芯片设计流程。芯片设计两大流程前面说的芯片前端设计,又可细分为行为级、RTL级、门级,行为级描述电路功能,RTL级描述电路结构,门级描述门这一级电路的结构。芯片后端设计是将前端设计产生的门级网表通过EDA工具进行布局布线,以及物理验证,最终产生供芯片厂制造使用的版图文件。芯片设计版图详细描述了电路结构,即哪些地方该保留,哪些地方该腐蚀,哪些地方是连线。芯片制造厂将版图制作成光学掩膜,即可用光刻机制造芯片。上述过程理解比较费力,可以用熟悉的杂志出版打个简单的比方:前端设计相当于编辑根据选题计划,挑选投稿,编辑处理,并确定哪些稿件排在重要位置(封面文章),哪些稿件仅是填补版面的酱油角色。后端设计的任务,则是将选好的稿件,排成版面,做成版面图文件,交给印刷厂付印。简单说,芯片前端设计相当于编辑选稿、处理稿件,后端设计相当于版面编辑排版。芯片设计之所以要分前端和后端,主要是因为芯片特别是高端SoC芯片结构太复杂了。实际上,专业分工是否精细是衡量一个行业复杂度的两大重要指标之一,另一个指标就是自动化程度是否高。芯片设计就是一个高度自动化的行业,从前端到后端,都离不开EDA软件(Electronic Design Automation,即电子设计自动化)。芯片设计公司在DEA软件平台上完成芯片的前后端设计,不需要手工画电路图。EDA主要由美国的Cadence和Synopsys公司提供,两家公司都能提供前端和后端设计软件。目前国内的芯片设计公司包括华为海思、中兴、展讯等企业,都离不开Cadence和Synopsys公司的EDA软件平台。为什么非得用Cadence和Synopsys的?因为这两家公司在行业发展几十年,EDA软件功能完备、生态完整,好用。那么,如何用EDA软件设计芯片呢?芯片设计七大步,有两步看不到电路第一步,用Verilog编写电路,这个过程是看不到电路图的,就是一堆描述性语言,以代码形式呈现。第二步,跑数字仿真,用到的工具有VCS或MMSIM等工具。仿真的目的是看写出来的设计能不能正常工作,这个过程也看不到电路,还是一堆源代码。第三步,跑完仿真后,将源代码转换成标准单元电路(Standard Cell)。第四步,用IC-Compiler等工具进行布线,就是把标准单元电路找到对应的位置,用软件进行自动连线,这个过程需要和芯片的制造工艺进行辅助配合。第五步,再将标准单元电路填入图形,按设计需求连线,形成版图图形。第六步,完成版图后,还不能马上交付芯片厂生产,谁知道那些单元的连线没连好,造成噪音干扰,导致功耗升高、性能降低。为了消灭潜在bug,需要分别进行设计规则验证、和布局与原理图验证。第七步,两大验证通过后,就可以把版图制成GDSII电子文件,交给芯片厂流片(小批量试制)。第八步,流片后对芯片检测,如果芯片功能正常,符合设计要求,OK,让芯片厂大规模生产。可以看出,芯片整个设计过程共有7个大步骤,全程都通过EDA软件在电脑上完成,不存在工程师手工一个一个画电路图的情形,甚至在前端设计的部分阶段,设计者根本不用考虑晶体管长什么样、有多大,在后端,设计者也不会去数该芯片含有多少晶体管,而由软件自动统计。正是有了EDA软件的帮助,即使芯片内部有多达百亿级的晶体管,设计起来也轻轻松松,这就是高科技的力量和魅力。晶体管是一种半导体器件,主要分为双极性晶体管和单极性晶体管,三极管是双极性晶体管的典型代表;而MOSFET则是单极性集体管的典型代表。以双极性晶体管三极管和单极性晶体管MOSFET为例,介绍CPU如何控制晶体管。CPU如何控制双极性晶体管-三极管三极管是一种流控型器件,具有三个电极,分别为基极、集电极和发射极。通过基极微小的电流可以驱动集电极和发射极之间较大的电流,具有三种工作状态,分别为截止区、放大区和饱和区。主要由PN节构成,可以分为NPN型和PNP型。电路符号和电极如下图所示。以NPN三极管为例,介绍如何控制。典型的电路图如下图所示。NPN三极管的集电极接有发光二极管,三极管的基极通过电阻和开关接至电压VCC,如果让发光二极管点亮,需要PN节正偏,当开关被按下时实现NPN三极管的导通。CPU如何控制单极性晶体管-MOSFETMOSFET是场效应管,是一种压控型半导体器件,具有三个电极,分别为漏极、源极和栅极,有NMOS和PMOS之分。其电路符号如下图所示。对于NMOS,需要Vgs>Vth时才可以导通;对于PMOS,需要Vgs<Vth时才可以导通。以NMOS为例,如下图所示。上图中,开关按下后,栅极是高电平,Vgs>Vth,NMOS的漏极和源极导通,LED发光。以上就是这个问题的回答,感谢留言、评论、转发。更多精彩内容请关注本头条号:玩转嵌入式。感谢大家。 现在手机SoC芯片的晶体管数量动辄百亿个,“愚公移山”拼体力一秒画一个,根本不可能。现在的高端芯片设计,已经和体力活说拜拜,设计流程分工极细,设计过程自动化程度极高,这样才能避免芯片上市,“黄花菜”都凉了的尴尬。下面以数字芯片为例,为大家简单捋一捋芯片设计的过程。两大流程,SoC芯片设计流程可以分为前端和后端,前端负责逻辑设计、输出门级网表(netlist),后端进行物理设计,输出版图(layout),然后将版图传给芯片厂制造(tapeout)。顺带说一句为什么传版图给芯片厂叫tapeout。在早期,芯片设计公司都是用磁带(tape)存储芯片版图文件,需要制造时将磁带送到芯片厂,所以叫“tapeout”。这个词一直沿用到现在,即使现在传送版图文件的方式多样化了。说白了,这是芯片文化的反映,和计算机的“bug”叫法一样,最早就是电子管大型机时代,工程师清扫追寻电子管亮光而被烤死的飞虫,排除飞虫导致的电路故障。后来,“bug"不再指真实世界中的虫子,而是指软件漏洞。说回芯片设计流程。芯片设计两大流程前面说的芯片前端设计,又可细分为行为级、RTL级、门级,行为级描述电路功能,RTL级描述电路结构,门级描述门这一级电路的结构。芯片后端设计是将前端设计产生的门级网表通过EDA工具进行布局布线,以及物理验证,最终产生供芯片厂制造使用的版图文件。芯片设计版图详细描述了电路结构,即哪些地方该保留,哪些地方该腐蚀,哪些地方是连线。芯片制造厂将版图制作成光学掩膜,即可用光刻机制造芯片。上述过程理解比较费力,可以用熟悉的杂志出版打个简单的比方:前端设计相当于编辑根据选题计划,挑选投稿,编辑处理,并确定哪些稿件排在重要位置(封面文章),哪些稿件仅是填补版面的酱油角色。后端设计的任务,则是将选好的稿件,排成版面,做成版面图文件,交给印刷厂付印。简单说,芯片前端设计相当于编辑选稿、处理稿件,后端设计相当于版面编辑排版。芯片设计之所以要分前端和后端,主要是因为芯片特别是高端SoC芯片结构太复杂了。实际上,专业分工是否精细是衡量一个行业复杂度的两大重要指标之一,另一个指标就是自动化程度是否高。芯片设计就是一个高度自动化的行业,从前端到后端,都离不开EDA软件(Electronic Design Automation,即电子设计自动化)。芯片设计公司在DEA软件平台上完成芯片的前后端设计,不需要手工画电路图。EDA主要由美国的Cadence和Synopsys公司提供,两家公司都能提供前端和后端设计软件。目前国内的芯片设计公司包括华为海思、中兴、展讯等企业,都离不开Cadence和Synopsys公司的EDA软件平台。为什么非得用Cadence和Synopsys的?因为这两家公司在行业发展几十年,EDA软件功能完备、生态完整,好用。那么,如何用EDA软件设计芯片呢?芯片设计七大步,有两步看不到电路第一步,用Verilog编写电路,这个过程是看不到电路图的,就是一堆描述性语言,以代码形式呈现。第二步,跑数字仿真,用到的工具有VCS或MMSIM等工具。仿真的目的是看写出来的设计能不能正常工作,这个过程也看不到电路,还是一堆源代码。第三步,跑完仿真后,将源代码转换成标准单元电路(Standard Cell)。第四步,用IC-Compiler等工具进行布线,就是把标准单元电路找到对应的位置,用软件进行自动连线,这个过程需要和芯片的制造工艺进行辅助配合。第五步,再将标准单元电路填入图形,按设计需求连线,形成版图图形。第六步,完成版图后,还不能马上交付芯片厂生产,谁知道那些单元的连线没连好,造成噪音干扰,导致功耗升高、性能降低。为了消灭潜在bug,需要分别进行设计规则验证、和布局与原理图验证。第七步,两大验证通过后,就可以把版图制成GDSII电子文件,交给芯片厂流片(小批量试制)。第八步,流片后对芯片检测,如果芯片功能正常,符合设计要求,OK,让芯片厂大规模生产。可以看出,芯片整个设计过程共有7个大步骤,全程都通过EDA软件在电脑上完成,不存在工程师手工一个一个画电路图的情形,甚至在前端设计的部分阶段,设计者根本不用考虑晶体管长什么样、有多大,在后端,设计者也不会去数该芯片含有多少晶体管,而由软件自动统计。正是有了EDA软件的帮助,即使芯片内部有多达百亿级的晶体管,设计起来也轻轻松松,这就是高科技的力量和魅力。晶体管是一种半导体器件,主要分为双极性晶体管和单极性晶体管,三极管是双极性晶体管的典型代表;而MOSFET则是单极性集体管的典型代表。以双极性晶体管三极管和单极性晶体管MOSFET为例,介绍CPU如何控制晶体管。CPU如何控制双极性晶体管-三极管三极管是一种流控型器件,具有三个电极,分别为基极、集电极和发射极。通过基极微小的电流可以驱动集电极和发射极之间较大的电流,具有三种工作状态,分别为截止区、放大区和饱和区。主要由PN节构成,可以分为NPN型和PNP型。电路符号和电极如下图所示。以NPN三极管为例,介绍如何控制。典型的电路图如下图所示。NPN三极管的集电极接有发光二极管,三极管的基极通过电阻和开关接至电压VCC,如果让发光二极管点亮,需要PN节正偏,当开关被按下时实现NPN三极管的导通。CPU如何控制单极性晶体管-MOSFETMOSFET是场效应管,是一种压控型半导体器件,具有三个电极,分别为漏极、源极和栅极,有NMOS和PMOS之分。其电路符号如下图所示。对于NMOS,需要Vgs>Vth时才可以导通;对于PMOS,需要Vgs<Vth时才可以导通。以NMOS为例,如下图所示。上图中,开关按下后,栅极是高电平,Vgs>Vth,NMOS的漏极和源极导通,LED发光。以上就是这个问题的回答,感谢留言、评论、转发。更多精彩内容请关注本头条号:玩转嵌入式。感谢大家。苹果的A14芯片在85平方毫米的面积内塞入了125亿~150亿颗晶体管,这就意味着每平方毫米的晶体管密度可望达到1.76亿。如果等比例放大,可比北、上、广、深任何一座城市的规模复杂得多得多。不要试图用传统的办法一颗一颗的焊接这些相当于头发丝直径10万分之一大小的晶体管,因为根本不可能,用镊子夹一颗晶体管跟夹空气没有任何区别,更别说用烙铁将晶体管准确的焊接在已纳米计算的位置上。目前普通人手工能操作的最小尺度应该是在一粒宽约1毫米、长约3毫米的米上刻字。当然借助超高精度的机床操作,精度可以达到0.01~0.001微米,这种极限精度对于操纵一颗晶体管还远远不够。晶体管其实并不是焊上去的,而是通过光刻出来的没错就是用光来做刻刀,原理就像我们在沙滩上晒太阳,暴晒一段时间后,阳光能照射到的皮肤呈现深色,而经过遮挡的皮肤阳光无法照射呈现浅色,这样一幅具象的图案就显现出来了。首先需要一块纯度99.999999999999%(小数点后面12个9)的高纯度晶圆做地基。这样晶体管和铜导线才能夯实得各归其位。光源是直接决定单位面积内能容纳多少晶体管的决定性因素之一。芯片想要做得越小、在单位面积内容纳更多的晶体管,使用更短波长的光源是最直接的手段。ASML的极紫外光刻机(EUV)是以10~14纳米的极紫外光作为光源。设计好的芯片图纸会被制作成一层一层的光罩,一般一块芯片是由几十层电路组成,而每一层电路都需要一个光罩。万事俱备只欠东风,晶圆加热表面形成氧化膜后,让光透过光罩射到涂了光刻胶的晶圆上。被光罩上的电路图挡住光的部分留下,而被光照到的光刻胶遇光就会起反应,容易会被化学腐蚀反应分解出去,或者用等离子体轰击晶圆表面的方式去除没有被光覆盖的位置,一层电路就这样刻在晶圆上了。不需要的光刻胶除去之后,在露出的晶片内注入使晶体管能高效工作的杂质物质,从而制作出半导体元器件。注入后的半导体放在一定温度下进行加热就可以恢复晶体的结构,消除缺陷从而激活半导体材料的电学性能。重复以上的步骤就可以形成多层电子回路。多层电子回路之间是通过气相沉积、电镀的方式形成绝缘层和金属连线,而电镀用于生长铜连线金属层。已经制作好的晶圆在经过化学腐蚀、机械研磨相结合的方式对晶圆表面进行磨抛,实现表面平坦化。然后再进行切片、封装、检测就做成了一块完整的芯片。芯片制造的原理看似简单,但每一步都属于挑战极限从沙子转变成可以制作芯片99.999999999999%的高纯度晶圆,难度可想而知,就连如今使用的极紫外光光源都是费了九牛二虎之力才有所突破,而光刻胶就有几千种。这些都还不是极限难度,极限难度在于如何将电路一层一层的刻画到晶圆上,同时又保持晶体管和电路的泾渭分明,在纳米尺度上保持多层光刻电路对齐。在整个世界范围内能组装光刻机的凤毛麟角,AMSL更是垄断了高端光刻机市场,至今无人能望其项背。其中能造7nm以下工艺的极紫外光刻机EUV重达180吨,拥有超过10万个零部件,90%的关键设备来自外国而非荷兰本国,ASML作为整机公司,实质上只负责光刻机设计与集成各模块,需要全而精的上游产业链作坚实支撑。通俗一些讲:就算给你EUV完整的图纸和配件,也很难调试出光刻芯片的精度。芯片制造这件事,需要一整个完善的产业链来支撑。对于我们国家来说任重而道远,对于国外的封锁,只能一步一个脚印,没有它法。以上个人浅见,欢迎批评指正。认同我的看法,请点个赞再走,感谢!喜欢我的,请关注我,再次感谢! 现在手机SoC芯片的晶体管数量动辄百亿个,“愚公移山”拼体力一秒画一个,根本不可能。现在的高端芯片设计,已经和体力活说拜拜,设计流程分工极细,设计过程自动化程度极高,这样才能避免芯片上市,“黄花菜”都凉了的尴尬。下面以数字芯片为例,为大家简单捋一捋芯片设计的过程。两大流程,SoC芯片设计流程可以分为前端和后端,前端负责逻辑设计、输出门级网表(netlist),后端进行物理设计,输出版图(layout),然后将版图传给芯片厂制造(tapeout)。顺带说一句为什么传版图给芯片厂叫tapeout。在早期,芯片设计公司都是用磁带(tape)存储芯片版图文件,需要制造时将磁带送到芯片厂,所以叫“tapeout”。这个词一直沿用到现在,即使现在传送版图文件的方式多样化了。说白了,这是芯片文化的反映,和计算机的“bug”叫法一样,最早就是电子管大型机时代,工程师清扫追寻电子管亮光而被烤死的飞虫,排除飞虫导致的电路故障。后来,“bug"不再指真实世界中的虫子,而是指软件漏洞。说回芯片设计流程。芯片设计两大流程前面说的芯片前端设计,又可细分为行为级、RTL级、门级,行为级描述电路功能,RTL级描述电路结构,门级描述门这一级电路的结构。芯片后端设计是将前端设计产生的门级网表通过EDA工具进行布局布线,以及物理验证,最终产生供芯片厂制造使用的版图文件。芯片设计版图详细描述了电路结构,即哪些地方该保留,哪些地方该腐蚀,哪些地方是连线。芯片制造厂将版图制作成光学掩膜,即可用光刻机制造芯片。上述过程理解比较费力,可以用熟悉的杂志出版打个简单的比方:前端设计相当于编辑根据选题计划,挑选投稿,编辑处理,并确定哪些稿件排在重要位置(封面文章),哪些稿件仅是填补版面的酱油角色。后端设计的任务,则是将选好的稿件,排成版面,做成版面图文件,交给印刷厂付印。简单说,芯片前端设计相当于编辑选稿、处理稿件,后端设计相当于版面编辑排版。芯片设计之所以要分前端和后端,主要是因为芯片特别是高端SoC芯片结构太复杂了。实际上,专业分工是否精细是衡量一个行业复杂度的两大重要指标之一,另一个指标就是自动化程度是否高。芯片设计就是一个高度自动化的行业,从前端到后端,都离不开EDA软件(Electronic Design Automation,即电子设计自动化)。芯片设计公司在DEA软件平台上完成芯片的前后端设计,不需要手工画电路图。EDA主要由美国的Cadence和Synopsys公司提供,两家公司都能提供前端和后端设计软件。目前国内的芯片设计公司包括华为海思、中兴、展讯等企业,都离不开Cadence和Synopsys公司的EDA软件平台。为什么非得用Cadence和Synopsys的?因为这两家公司在行业发展几十年,EDA软件功能完备、生态完整,好用。那么,如何用EDA软件设计芯片呢?芯片设计七大步,有两步看不到电路第一步,用Verilog编写电路,这个过程是看不到电路图的,就是一堆描述性语言,以代码形式呈现。第二步,跑数字仿真,用到的工具有VCS或MMSIM等工具。仿真的目的是看写出来的设计能不能正常工作,这个过程也看不到电路,还是一堆源代码。第三步,跑完仿真后,将源代码转换成标准单元电路(Standard Cell)。第四步,用IC-Compiler等工具进行布线,就是把标准单元电路找到对应的位置,用软件进行自动连线,这个过程需要和芯片的制造工艺进行辅助配合。第五步,再将标准单元电路填入图形,按设计需求连线,形成版图图形。第六步,完成版图后,还不能马上交付芯片厂生产,谁知道那些单元的连线没连好,造成噪音干扰,导致功耗升高、性能降低。为了消灭潜在bug,需要分别进行设计规则验证、和布局与原理图验证。第七步,两大验证通过后,就可以把版图制成GDSII电子文件,交给芯片厂流片(小批量试制)。第八步,流片后对芯片检测,如果芯片功能正常,符合设计要求,OK,让芯片厂大规模生产。可以看出,芯片整个设计过程共有7个大步骤,全程都通过EDA软件在电脑上完成,不存在工程师手工一个一个画电路图的情形,甚至在前端设计的部分阶段,设计者根本不用考虑晶体管长什么样、有多大,在后端,设计者也不会去数该芯片含有多少晶体管,而由软件自动统计。正是有了EDA软件的帮助,即使芯片内部有多达百亿级的晶体管,设计起来也轻轻松松,这就是高科技的力量和魅力。晶体管是一种半导体器件,主要分为双极性晶体管和单极性晶体管,三极管是双极性晶体管的典型代表;而MOSFET则是单极性集体管的典型代表。以双极性晶体管三极管和单极性晶体管MOSFET为例,介绍CPU如何控制晶体管。CPU如何控制双极性晶体管-三极管三极管是一种流控型器件,具有三个电极,分别为基极、集电极和发射极。通过基极微小的电流可以驱动集电极和发射极之间较大的电流,具有三种工作状态,分别为截止区、放大区和饱和区。主要由PN节构成,可以分为NPN型和PNP型。电路符号和电极如下图所示。以NPN三极管为例,介绍如何控制。典型的电路图如下图所示。NPN三极管的集电极接有发光二极管,三极管的基极通过电阻和开关接至电压VCC,如果让发光二极管点亮,需要PN节正偏,当开关被按下时实现NPN三极管的导通。CPU如何控制单极性晶体管-MOSFETMOSFET是场效应管,是一种压控型半导体器件,具有三个电极,分别为漏极、源极和栅极,有NMOS和PMOS之分。其电路符号如下图所示。对于NMOS,需要Vgs>Vth时才可以导通;对于PMOS,需要Vgs<Vth时才可以导通。以NMOS为例,如下图所示。上图中,开关按下后,栅极是高电平,Vgs>Vth,NMOS的漏极和源极导通,LED发光。以上就是这个问题的回答,感谢留言、评论、转发。更多精彩内容请关注本头条号:玩转嵌入式。感谢大家。苹果的A14芯片在85平方毫米的面积内塞入了125亿~150亿颗晶体管,这就意味着每平方毫米的晶体管密度可望达到1.76亿。如果等比例放大,可比北、上、广、深任何一座城市的规模复杂得多得多。不要试图用传统的办法一颗一颗的焊接这些相当于头发丝直径10万分之一大小的晶体管,因为根本不可能,用镊子夹一颗晶体管跟夹空气没有任何区别,更别说用烙铁将晶体管准确的焊接在已纳米计算的位置上。目前普通人手工能操作的最小尺度应该是在一粒宽约1毫米、长约3毫米的米上刻字。当然借助超高精度的机床操作,精度可以达到0.01~0.001微米,这种极限精度对于操纵一颗晶体管还远远不够。晶体管其实并不是焊上去的,而是通过光刻出来的没错就是用光来做刻刀,原理就像我们在沙滩上晒太阳,暴晒一段时间后,阳光能照射到的皮肤呈现深色,而经过遮挡的皮肤阳光无法照射呈现浅色,这样一幅具象的图案就显现出来了。首先需要一块纯度99.999999999999%(小数点后面12个9)的高纯度晶圆做地基。这样晶体管和铜导线才能夯实得各归其位。光源是直接决定单位面积内能容纳多少晶体管的决定性因素之一。芯片想要做得越小、在单位面积内容纳更多的晶体管,使用更短波长的光源是最直接的手段。ASML的极紫外光刻机(EUV)是以10~14纳米的极紫外光作为光源。设计好的芯片图纸会被制作成一层一层的光罩,一般一块芯片是由几十层电路组成,而每一层电路都需要一个光罩。万事俱备只欠东风,晶圆加热表面形成氧化膜后,让光透过光罩射到涂了光刻胶的晶圆上。被光罩上的电路图挡住光的部分留下,而被光照到的光刻胶遇光就会起反应,容易会被化学腐蚀反应分解出去,或者用等离子体轰击晶圆表面的方式去除没有被光覆盖的位置,一层电路就这样刻在晶圆上了。不需要的光刻胶除去之后,在露出的晶片内注入使晶体管能高效工作的杂质物质,从而制作出半导体元器件。注入后的半导体放在一定温度下进行加热就可以恢复晶体的结构,消除缺陷从而激活半导体材料的电学性能。重复以上的步骤就可以形成多层电子回路。多层电子回路之间是通过气相沉积、电镀的方式形成绝缘层和金属连线,而电镀用于生长铜连线金属层。已经制作好的晶圆在经过化学腐蚀、机械研磨相结合的方式对晶圆表面进行磨抛,实现表面平坦化。然后再进行切片、封装、检测就做成了一块完整的芯片。芯片制造的原理看似简单,但每一步都属于挑战极限从沙子转变成可以制作芯片99.999999999999%的高纯度晶圆,难度可想而知,就连如今使用的极紫外光光源都是费了九牛二虎之力才有所突破,而光刻胶就有几千种。这些都还不是极限难度,极限难度在于如何将电路一层一层的刻画到晶圆上,同时又保持晶体管和电路的泾渭分明,在纳米尺度上保持多层光刻电路对齐。在整个世界范围内能组装光刻机的凤毛麟角,AMSL更是垄断了高端光刻机市场,至今无人能望其项背。其中能造7nm以下工艺的极紫外光刻机EUV重达180吨,拥有超过10万个零部件,90%的关键设备来自外国而非荷兰本国,ASML作为整机公司,实质上只负责光刻机设计与集成各模块,需要全而精的上游产业链作坚实支撑。通俗一些讲:就算给你EUV完整的图纸和配件,也很难调试出光刻芯片的精度。芯片制造这件事,需要一整个完善的产业链来支撑。对于我们国家来说任重而道远,对于国外的封锁,只能一步一个脚印,没有它法。以上个人浅见,欢迎批评指正。认同我的看法,请点个赞再走,感谢!喜欢我的,请关注我,再次感谢!这个问题需要循序渐进,才能回答清楚,为便于理解,需要多上图片。一颗高性能CPU,其内部的复杂程度堪比一座北上广深这样的一线城市。如果说城市的基础建筑材料是砖头,和钢筋、水泥配合,建成高楼大厦,那么CPU也有基础构成元件,它就是晶体管。当然,上图中的晶体管个子太大,CPU内的晶体管都是纳米级别,模样大不相同(运行原理完全一样),看起来像纱网格子(见下图):晶体管需要搭配电容、电阻等其它元件,才能完成“开”、“关”动作,对应计算机语言的“0”和“1”,这也是计算机只能读懂“0”和“1”的原因(现在的编程语言被称为高级语言,运行时都需要芯片中的编译器翻译成机器能读懂的0和1组成的语言),实际上所有的运算过程都是数以亿计的晶体管在不断重复“开”、“关”动作。所有的运算结果,不管是游戏的画面、电影特效还是计算器算买菜钱,都是晶体管不同开关动作组合的结果。晶体管如何和电容搭配?我举DRAM(俗称电脑内存)为例,一个DRAM单元可以存储1比特数据,它由1个晶体管和两个电容组成。见下图。CPU的内部结构要复杂一些,和DRAM的差别在于,DRAM的基本单元(DRAM CELL)结构都是一样的,这也是DRAM拼制造的原因;而CPU内的基本单元的结构并不一样,这样才能组成算术逻辑单元、寄存器、译码器、缓存等部件,最终组成一个CPU内核,由于内部线路复杂,所以CPU既拼制造,也拼设计,比DRAM难度上了一个大台阶。现代CPU基本都是多核打天下,如下图的至强处理器有10个内核。总之,不管CPU多么复杂,它其实都是晶体管和电容、电阻等纳米级的元件,经过复杂的设计组合,得到不同的部件(算术逻辑单元、寄存器等),再由部件组成CPU内核,多个CPU内核再组成CPU,封装后就成了我们看到的样子。见下图:原创回答,搬运必究。 现在手机SoC芯片的晶体管数量动辄百亿个,“愚公移山”拼体力一秒画一个,根本不可能。现在的高端芯片设计,已经和体力活说拜拜,设计流程分工极细,设计过程自动化程度极高,这样才能避免芯片上市,“黄花菜”都凉了的尴尬。下面以数字芯片为例,为大家简单捋一捋芯片设计的过程。两大流程,SoC芯片设计流程可以分为前端和后端,前端负责逻辑设计、输出门级网表(netlist),后端进行物理设计,输出版图(layout),然后将版图传给芯片厂制造(tapeout)。顺带说一句为什么传版图给芯片厂叫tapeout。在早期,芯片设计公司都是用磁带(tape)存储芯片版图文件,需要制造时将磁带送到芯片厂,所以叫“tapeout”。这个词一直沿用到现在,即使现在传送版图文件的方式多样化了。说白了,这是芯片文化的反映,和计算机的“bug”叫法一样,最早就是电子管大型机时代,工程师清扫追寻电子管亮光而被烤死的飞虫,排除飞虫导致的电路故障。后来,“bug"不再指真实世界中的虫子,而是指软件漏洞。说回芯片设计流程。芯片设计两大流程前面说的芯片前端设计,又可细分为行为级、RTL级、门级,行为级描述电路功能,RTL级描述电路结构,门级描述门这一级电路的结构。芯片后端设计是将前端设计产生的门级网表通过EDA工具进行布局布线,以及物理验证,最终产生供芯片厂制造使用的版图文件。芯片设计版图详细描述了电路结构,即哪些地方该保留,哪些地方该腐蚀,哪些地方是连线。芯片制造厂将版图制作成光学掩膜,即可用光刻机制造芯片。上述过程理解比较费力,可以用熟悉的杂志出版打个简单的比方:前端设计相当于编辑根据选题计划,挑选投稿,编辑处理,并确定哪些稿件排在重要位置(封面文章),哪些稿件仅是填补版面的酱油角色。后端设计的任务,则是将选好的稿件,排成版面,做成版面图文件,交给印刷厂付印。简单说,芯片前端设计相当于编辑选稿、处理稿件,后端设计相当于版面编辑排版。芯片设计之所以要分前端和后端,主要是因为芯片特别是高端SoC芯片结构太复杂了。实际上,专业分工是否精细是衡量一个行业复杂度的两大重要指标之一,另一个指标就是自动化程度是否高。芯片设计就是一个高度自动化的行业,从前端到后端,都离不开EDA软件(Electronic Design Automation,即电子设计自动化)。芯片设计公司在DEA软件平台上完成芯片的前后端设计,不需要手工画电路图。EDA主要由美国的Cadence和Synopsys公司提供,两家公司都能提供前端和后端设计软件。目前国内的芯片设计公司包括华为海思、中兴、展讯等企业,都离不开Cadence和Synopsys公司的EDA软件平台。为什么非得用Cadence和Synopsys的?因为这两家公司在行业发展几十年,EDA软件功能完备、生态完整,好用。那么,如何用EDA软件设计芯片呢?芯片设计七大步,有两步看不到电路第一步,用Verilog编写电路,这个过程是看不到电路图的,就是一堆描述性语言,以代码形式呈现。第二步,跑数字仿真,用到的工具有VCS或MMSIM等工具。仿真的目的是看写出来的设计能不能正常工作,这个过程也看不到电路,还是一堆源代码。第三步,跑完仿真后,将源代码转换成标准单元电路(Standard Cell)。第四步,用IC-Compiler等工具进行布线,就是把标准单元电路找到对应的位置,用软件进行自动连线,这个过程需要和芯片的制造工艺进行辅助配合。第五步,再将标准单元电路填入图形,按设计需求连线,形成版图图形。第六步,完成版图后,还不能马上交付芯片厂生产,谁知道那些单元的连线没连好,造成噪音干扰,导致功耗升高、性能降低。为了消灭潜在bug,需要分别进行设计规则验证、和布局与原理图验证。第七步,两大验证通过后,就可以把版图制成GDSII电子文件,交给芯片厂流片(小批量试制)。第八步,流片后对芯片检测,如果芯片功能正常,符合设计要求,OK,让芯片厂大规模生产。可以看出,芯片整个设计过程共有7个大步骤,全程都通过EDA软件在电脑上完成,不存在工程师手工一个一个画电路图的情形,甚至在前端设计的部分阶段,设计者根本不用考虑晶体管长什么样、有多大,在后端,设计者也不会去数该芯片含有多少晶体管,而由软件自动统计。正是有了EDA软件的帮助,即使芯片内部有多达百亿级的晶体管,设计起来也轻轻松松,这就是高科技的力量和魅力。晶体管是一种半导体器件,主要分为双极性晶体管和单极性晶体管,三极管是双极性晶体管的典型代表;而MOSFET则是单极性集体管的典型代表。以双极性晶体管三极管和单极性晶体管MOSFET为例,介绍CPU如何控制晶体管。CPU如何控制双极性晶体管-三极管三极管是一种流控型器件,具有三个电极,分别为基极、集电极和发射极。通过基极微小的电流可以驱动集电极和发射极之间较大的电流,具有三种工作状态,分别为截止区、放大区和饱和区。主要由PN节构成,可以分为NPN型和PNP型。电路符号和电极如下图所示。以NPN三极管为例,介绍如何控制。典型的电路图如下图所示。NPN三极管的集电极接有发光二极管,三极管的基极通过电阻和开关接至电压VCC,如果让发光二极管点亮,需要PN节正偏,当开关被按下时实现NPN三极管的导通。CPU如何控制单极性晶体管-MOSFETMOSFET是场效应管,是一种压控型半导体器件,具有三个电极,分别为漏极、源极和栅极,有NMOS和PMOS之分。其电路符号如下图所示。对于NMOS,需要Vgs>Vth时才可以导通;对于PMOS,需要Vgs<Vth时才可以导通。以NMOS为例,如下图所示。上图中,开关按下后,栅极是高电平,Vgs>Vth,NMOS的漏极和源极导通,LED发光。以上就是这个问题的回答,感谢留言、评论、转发。更多精彩内容请关注本头条号:玩转嵌入式。感谢大家。苹果的A14芯片在85平方毫米的面积内塞入了125亿~150亿颗晶体管,这就意味着每平方毫米的晶体管密度可望达到1.76亿。如果等比例放大,可比北、上、广、深任何一座城市的规模复杂得多得多。不要试图用传统的办法一颗一颗的焊接这些相当于头发丝直径10万分之一大小的晶体管,因为根本不可能,用镊子夹一颗晶体管跟夹空气没有任何区别,更别说用烙铁将晶体管准确的焊接在已纳米计算的位置上。目前普通人手工能操作的最小尺度应该是在一粒宽约1毫米、长约3毫米的米上刻字。当然借助超高精度的机床操作,精度可以达到0.01~0.001微米,这种极限精度对于操纵一颗晶体管还远远不够。晶体管其实并不是焊上去的,而是通过光刻出来的没错就是用光来做刻刀,原理就像我们在沙滩上晒太阳,暴晒一段时间后,阳光能照射到的皮肤呈现深色,而经过遮挡的皮肤阳光无法照射呈现浅色,这样一幅具象的图案就显现出来了。首先需要一块纯度99.999999999999%(小数点后面12个9)的高纯度晶圆做地基。这样晶体管和铜导线才能夯实得各归其位。光源是直接决定单位面积内能容纳多少晶体管的决定性因素之一。芯片想要做得越小、在单位面积内容纳更多的晶体管,使用更短波长的光源是最直接的手段。ASML的极紫外光刻机(EUV)是以10~14纳米的极紫外光作为光源。设计好的芯片图纸会被制作成一层一层的光罩,一般一块芯片是由几十层电路组成,而每一层电路都需要一个光罩。万事俱备只欠东风,晶圆加热表面形成氧化膜后,让光透过光罩射到涂了光刻胶的晶圆上。被光罩上的电路图挡住光的部分留下,而被光照到的光刻胶遇光就会起反应,容易会被化学腐蚀反应分解出去,或者用等离子体轰击晶圆表面的方式去除没有被光覆盖的位置,一层电路就这样刻在晶圆上了。不需要的光刻胶除去之后,在露出的晶片内注入使晶体管能高效工作的杂质物质,从而制作出半导体元器件。注入后的半导体放在一定温度下进行加热就可以恢复晶体的结构,消除缺陷从而激活半导体材料的电学性能。重复以上的步骤就可以形成多层电子回路。多层电子回路之间是通过气相沉积、电镀的方式形成绝缘层和金属连线,而电镀用于生长铜连线金属层。已经制作好的晶圆在经过化学腐蚀、机械研磨相结合的方式对晶圆表面进行磨抛,实现表面平坦化。然后再进行切片、封装、检测就做成了一块完整的芯片。芯片制造的原理看似简单,但每一步都属于挑战极限从沙子转变成可以制作芯片99.999999999999%的高纯度晶圆,难度可想而知,就连如今使用的极紫外光光源都是费了九牛二虎之力才有所突破,而光刻胶就有几千种。这些都还不是极限难度,极限难度在于如何将电路一层一层的刻画到晶圆上,同时又保持晶体管和电路的泾渭分明,在纳米尺度上保持多层光刻电路对齐。在整个世界范围内能组装光刻机的凤毛麟角,AMSL更是垄断了高端光刻机市场,至今无人能望其项背。其中能造7nm以下工艺的极紫外光刻机EUV重达180吨,拥有超过10万个零部件,90%的关键设备来自外国而非荷兰本国,ASML作为整机公司,实质上只负责光刻机设计与集成各模块,需要全而精的上游产业链作坚实支撑。通俗一些讲:就算给你EUV完整的图纸和配件,也很难调试出光刻芯片的精度。芯片制造这件事,需要一整个完善的产业链来支撑。对于我们国家来说任重而道远,对于国外的封锁,只能一步一个脚印,没有它法。以上个人浅见,欢迎批评指正。认同我的看法,请点个赞再走,感谢!喜欢我的,请关注我,再次感谢!这个问题需要循序渐进,才能回答清楚,为便于理解,需要多上图片。一颗高性能CPU,其内部的复杂程度堪比一座北上广深这样的一线城市。如果说城市的基础建筑材料是砖头,和钢筋、水泥配合,建成高楼大厦,那么CPU也有基础构成元件,它就是晶体管。当然,上图中的晶体管个子太大,CPU内的晶体管都是纳米级别,模样大不相同(运行原理完全一样),看起来像纱网格子(见下图):晶体管需要搭配电容、电阻等其它元件,才能完成“开”、“关”动作,对应计算机语言的“0”和“1”,这也是计算机只能读懂“0”和“1”的原因(现在的编程语言被称为高级语言,运行时都需要芯片中的编译器翻译成机器能读懂的0和1组成的语言),实际上所有的运算过程都是数以亿计的晶体管在不断重复“开”、“关”动作。所有的运算结果,不管是游戏的画面、电影特效还是计算器算买菜钱,都是晶体管不同开关动作组合的结果。晶体管如何和电容搭配?我举DRAM(俗称电脑内存)为例,一个DRAM单元可以存储1比特数据,它由1个晶体管和两个电容组成。见下图。CPU的内部结构要复杂一些,和DRAM的差别在于,DRAM的基本单元(DRAM CELL)结构都是一样的,这也是DRAM拼制造的原因;而CPU内的基本单元的结构并不一样,这样才能组成算术逻辑单元、寄存器、译码器、缓存等部件,最终组成一个CPU内核,由于内部线路复杂,所以CPU既拼制造,也拼设计,比DRAM难度上了一个大台阶。现代CPU基本都是多核打天下,如下图的至强处理器有10个内核。总之,不管CPU多么复杂,它其实都是晶体管和电容、电阻等纳米级的元件,经过复杂的设计组合,得到不同的部件(算术逻辑单元、寄存器等),再由部件组成CPU内核,多个CPU内核再组成CPU,封装后就成了我们看到的样子。见下图:原创回答,搬运必究。长久以来我们一直都闯入了一个误区:认为晶体管是越做越小。其实不完全是这样的。晶体管是朝着2个方向发展的:信息电子方向:将晶体管越做越小,越做越快。当今的电脑、手机、通信芯片等都属于这个范畴。 电力电子方向:将晶体管越做越大,越做越快。其代表产品就是IGBT,它广泛的应用于轨道交通、智能电网、航空航天、电动汽车、新能源装备等领域。 下图就是我们常见到的一些普通晶体管(仅展示部分,并非全部)。因为性能、封装的不同,所以它们会有不同的外观。 晶体管的作用晶体管(Transistor)是一种固体半导体器件,包括二极管、三极管、场效应管、晶闸管等等,它具有检波、整流、放大、开关、稳压、信号调制等多种功能。晶体管作为一种可变电流开关,能够基于输入电压控制输出电流,与普通机械开关不同,晶体管利用电信号来控制自身的开合,所以开关速度可以非常快。 与电子管相比,晶体管具有更多的优越性:1、晶体管构件没有消耗;电子管会因为阴极原子的变化和慢性漏气而逐渐劣质化。晶体管的寿命一般比电子管长100到1000倍。2、晶体管耗电能极少;晶体管消耗的电能仅为电子管的十分之一或几十分之一。电子管需要加热灯丝产生自由电子,而晶体管不需要。一台晶体管收音机只需要几节干电池就可以听半年以上,电子管的收音机就很难做到。3、晶体管不需要预热;晶体管一开机就可以工作。电子管设备做不到这点,开机后需要等待一会。4、晶体管结实可靠;普通晶体管的体积只有电子管的十分之一到百分之一,放热很少,耐冲击,耐振动,可以说晶体管使电路小型化、集成化、大规模化成为了可能。芯片的晶体管为什么越做越小?芯片上集成了很多的晶体管,这些晶体管控制了很多电流,如果晶体管的尺寸逐渐变小的话,里面源极和漏极之间的那个沟道长度L也会相应的缩短,沟道长度变小后,晶体管就会有更快的反应速度,更低的控制电压。但进入28nm后再按照以往的经验来缩减晶体管尺寸,将会失效。当沟道缩短到一定程度之后,在芯片里面就会因为量子的隧穿效应,此时晶体管关断。目前业内通过Fin-FET(鳍式场效应晶体管),SOI(在晶体管之间,加入绝缘物质)等技术来解决这个问题。芯片做小后主要会有以下几个好处:1、节能:晶体管大了,走的电路就越多,耗能就越大;晶体管做的越小,电流可以走更多捷径,多节能环保。2、性能提高:晶体管越小,同一块芯片单位面积内能工作的晶体管更多了,性能就更好。3、减少成本:芯片小了,一个硅片能做成更多的成品芯片,很大程序的降低了成本。4、减少芯片占用空间:芯片做小了,我们的电脑、手机才可能做得更小、更薄。所以芯片的趋势就是越做越小,越做性能越强。有种说法,当价格不变时,集成电路上能容纳的元器件的数目,约每隔18~24个月就会增加一倍,性能也将提升一倍,这就是有名的摩尔定律。所以芯片的进化,就是晶体管变小的过程。电力电子晶体管为什么越做越大?电力晶体管(Giant Transistor直译为巨型晶体管),是一种耐高电压、大电流的双极结型集体管(Bipolor Junction Transistor-BJT)。电力晶体管开关特性好,但驱动电路复杂,驱动功率大。而IGBT,绝缘栅双极晶体管(Insulate-Gate Bipolar Transistor)也是三端器件(含栅极、集电极和发射极)。IGBT综合了电力晶体管(GTR)和电力场效应管的优点。电力电子晶体管之所以会越做越大,得先看一下它的发展历史:1957年,通用电气公司(General Electric)根据肖克利的“勾型”(就是PNPN四层晶闸管结构)晶体管结构研制出第一个300V/25A可控硅SCR(后来叫晶闸管)。可控硅能处理较高的电压电流,开辟了以处理能力为目的的电力电子的新领域。1962年,GE公司研制出第一个600V/200A的GTO(可关断晶闸管),克服了普通可控硅不能门极控制关断的缺点。但GTO在实际应用中容易烧毁。1974年,日本东芝等公司采用NTD单晶片并通过计算机模拟技术,在GTO研制上取得突破,生产出1200V/2000A的GTO。而越做越大的双极晶体管采用垂直结构、达林顿级联技术以及多元胞集成并联等技术已经做到了500V/200A/50(电流放大倍数hFE),此时已经称作GTR。因MOS集成电路在20世纪70年代末得到了飞速发展。1982年,CE公司的美籍印度人B.J.Baliga和Motorola公司几乎独自同时发明了IGBT。1984年GE公司的V.A.K. Temple发明性能更为优越的MCT(H),在1991年商品化生产,但在20世纪90年代末因结构过于复杂成品率低而陷于停滞状态。1972年,日本人西泽润一采用JFET结构研制出了静电感应晶体管及晶闸管SIT、SITH。20世纪90年代初,日本三菱公司研制开发的以IGBT为基础的智能功率模块(IPM)经过十年的改进,也进入了成熟应用。1995年,西门子公司首次推出了非穿通结构(Non Punch Through)的NPT-IGBT,这在技术上是一个里程碑。因为,NPT-IGBT技术可以使功率开关器件在高温可靠性、安全工作区、超高耐压、低成本、高开关性能等诸多方面同时得到显著提高。采用NPT-IGBT技术及GTO圆片工艺,目前已经可以做出6500V/600A的NPT-IGBT。在20世纪80年代认为要大大发展的功率集成电路(PIC-Power Integrated Circuit)主要包括高压集成电路HVIC和智能功率集成电路(Smart Power IC)有所发展,但发展不快,应用范围也较小。当今电力电子器件正朝着高可靠、高功率频率积、高集成化、高智能化、低成本化、高允许工作温度的方向发展。从上图可见,如果没有电力电子晶体管,在宏观的世界里就不会带给我们带来这么多便利,芯片也很难越做越小。晶体管不管是从微观和宏观的发展都改变了这个世界,促进了整个时代的发展。它是建设现代化信息社会的基石。以上个人浅见,欢迎批评指正。喜欢的可以关注我,谢谢!认同我的看法的请点个赞再走,再次感谢! 现在手机SoC芯片的晶体管数量动辄百亿个,“愚公移山”拼体力一秒画一个,根本不可能。现在的高端芯片设计,已经和体力活说拜拜,设计流程分工极细,设计过程自动化程度极高,这样才能避免芯片上市,“黄花菜”都凉了的尴尬。下面以数字芯片为例,为大家简单捋一捋芯片设计的过程。两大流程,SoC芯片设计流程可以分为前端和后端,前端负责逻辑设计、输出门级网表(netlist),后端进行物理设计,输出版图(layout),然后将版图传给芯片厂制造(tapeout)。顺带说一句为什么传版图给芯片厂叫tapeout。在早期,芯片设计公司都是用磁带(tape)存储芯片版图文件,需要制造时将磁带送到芯片厂,所以叫“tapeout”。这个词一直沿用到现在,即使现在传送版图文件的方式多样化了。说白了,这是芯片文化的反映,和计算机的“bug”叫法一样,最早就是电子管大型机时代,工程师清扫追寻电子管亮光而被烤死的飞虫,排除飞虫导致的电路故障。后来,“bug"不再指真实世界中的虫子,而是指软件漏洞。说回芯片设计流程。芯片设计两大流程前面说的芯片前端设计,又可细分为行为级、RTL级、门级,行为级描述电路功能,RTL级描述电路结构,门级描述门这一级电路的结构。芯片后端设计是将前端设计产生的门级网表通过EDA工具进行布局布线,以及物理验证,最终产生供芯片厂制造使用的版图文件。芯片设计版图详细描述了电路结构,即哪些地方该保留,哪些地方该腐蚀,哪些地方是连线。芯片制造厂将版图制作成光学掩膜,即可用光刻机制造芯片。上述过程理解比较费力,可以用熟悉的杂志出版打个简单的比方:前端设计相当于编辑根据选题计划,挑选投稿,编辑处理,并确定哪些稿件排在重要位置(封面文章),哪些稿件仅是填补版面的酱油角色。后端设计的任务,则是将选好的稿件,排成版面,做成版面图文件,交给印刷厂付印。简单说,芯片前端设计相当于编辑选稿、处理稿件,后端设计相当于版面编辑排版。芯片设计之所以要分前端和后端,主要是因为芯片特别是高端SoC芯片结构太复杂了。实际上,专业分工是否精细是衡量一个行业复杂度的两大重要指标之一,另一个指标就是自动化程度是否高。芯片设计就是一个高度自动化的行业,从前端到后端,都离不开EDA软件(Electronic Design Automation,即电子设计自动化)。芯片设计公司在DEA软件平台上完成芯片的前后端设计,不需要手工画电路图。EDA主要由美国的Cadence和Synopsys公司提供,两家公司都能提供前端和后端设计软件。目前国内的芯片设计公司包括华为海思、中兴、展讯等企业,都离不开Cadence和Synopsys公司的EDA软件平台。为什么非得用Cadence和Synopsys的?因为这两家公司在行业发展几十年,EDA软件功能完备、生态完整,好用。那么,如何用EDA软件设计芯片呢?芯片设计七大步,有两步看不到电路第一步,用Verilog编写电路,这个过程是看不到电路图的,就是一堆描述性语言,以代码形式呈现。第二步,跑数字仿真,用到的工具有VCS或MMSIM等工具。仿真的目的是看写出来的设计能不能正常工作,这个过程也看不到电路,还是一堆源代码。第三步,跑完仿真后,将源代码转换成标准单元电路(Standard Cell)。第四步,用IC-Compiler等工具进行布线,就是把标准单元电路找到对应的位置,用软件进行自动连线,这个过程需要和芯片的制造工艺进行辅助配合。第五步,再将标准单元电路填入图形,按设计需求连线,形成版图图形。第六步,完成版图后,还不能马上交付芯片厂生产,谁知道那些单元的连线没连好,造成噪音干扰,导致功耗升高、性能降低。为了消灭潜在bug,需要分别进行设计规则验证、和布局与原理图验证。第七步,两大验证通过后,就可以把版图制成GDSII电子文件,交给芯片厂流片(小批量试制)。第八步,流片后对芯片检测,如果芯片功能正常,符合设计要求,OK,让芯片厂大规模生产。可以看出,芯片整个设计过程共有7个大步骤,全程都通过EDA软件在电脑上完成,不存在工程师手工一个一个画电路图的情形,甚至在前端设计的部分阶段,设计者根本不用考虑晶体管长什么样、有多大,在后端,设计者也不会去数该芯片含有多少晶体管,而由软件自动统计。正是有了EDA软件的帮助,即使芯片内部有多达百亿级的晶体管,设计起来也轻轻松松,这就是高科技的力量和魅力。晶体管是一种半导体器件,主要分为双极性晶体管和单极性晶体管,三极管是双极性晶体管的典型代表;而MOSFET则是单极性集体管的典型代表。以双极性晶体管三极管和单极性晶体管MOSFET为例,介绍CPU如何控制晶体管。CPU如何控制双极性晶体管-三极管三极管是一种流控型器件,具有三个电极,分别为基极、集电极和发射极。通过基极微小的电流可以驱动集电极和发射极之间较大的电流,具有三种工作状态,分别为截止区、放大区和饱和区。主要由PN节构成,可以分为NPN型和PNP型。电路符号和电极如下图所示。以NPN三极管为例,介绍如何控制。典型的电路图如下图所示。NPN三极管的集电极接有发光二极管,三极管的基极通过电阻和开关接至电压VCC,如果让发光二极管点亮,需要PN节正偏,当开关被按下时实现NPN三极管的导通。CPU如何控制单极性晶体管-MOSFETMOSFET是场效应管,是一种压控型半导体器件,具有三个电极,分别为漏极、源极和栅极,有NMOS和PMOS之分。其电路符号如下图所示。对于NMOS,需要Vgs>Vth时才可以导通;对于PMOS,需要Vgs<Vth时才可以导通。以NMOS为例,如下图所示。上图中,开关按下后,栅极是高电平,Vgs>Vth,NMOS的漏极和源极导通,LED发光。以上就是这个问题的回答,感谢留言、评论、转发。更多精彩内容请关注本头条号:玩转嵌入式。感谢大家。苹果的A14芯片在85平方毫米的面积内塞入了125亿~150亿颗晶体管,这就意味着每平方毫米的晶体管密度可望达到1.76亿。如果等比例放大,可比北、上、广、深任何一座城市的规模复杂得多得多。不要试图用传统的办法一颗一颗的焊接这些相当于头发丝直径10万分之一大小的晶体管,因为根本不可能,用镊子夹一颗晶体管跟夹空气没有任何区别,更别说用烙铁将晶体管准确的焊接在已纳米计算的位置上。目前普通人手工能操作的最小尺度应该是在一粒宽约1毫米、长约3毫米的米上刻字。当然借助超高精度的机床操作,精度可以达到0.01~0.001微米,这种极限精度对于操纵一颗晶体管还远远不够。晶体管其实并不是焊上去的,而是通过光刻出来的没错就是用光来做刻刀,原理就像我们在沙滩上晒太阳,暴晒一段时间后,阳光能照射到的皮肤呈现深色,而经过遮挡的皮肤阳光无法照射呈现浅色,这样一幅具象的图案就显现出来了。首先需要一块纯度99.999999999999%(小数点后面12个9)的高纯度晶圆做地基。这样晶体管和铜导线才能夯实得各归其位。光源是直接决定单位面积内能容纳多少晶体管的决定性因素之一。芯片想要做得越小、在单位面积内容纳更多的晶体管,使用更短波长的光源是最直接的手段。ASML的极紫外光刻机(EUV)是以10~14纳米的极紫外光作为光源。设计好的芯片图纸会被制作成一层一层的光罩,一般一块芯片是由几十层电路组成,而每一层电路都需要一个光罩。万事俱备只欠东风,晶圆加热表面形成氧化膜后,让光透过光罩射到涂了光刻胶的晶圆上。被光罩上的电路图挡住光的部分留下,而被光照到的光刻胶遇光就会起反应,容易会被化学腐蚀反应分解出去,或者用等离子体轰击晶圆表面的方式去除没有被光覆盖的位置,一层电路就这样刻在晶圆上了。不需要的光刻胶除去之后,在露出的晶片内注入使晶体管能高效工作的杂质物质,从而制作出半导体元器件。注入后的半导体放在一定温度下进行加热就可以恢复晶体的结构,消除缺陷从而激活半导体材料的电学性能。重复以上的步骤就可以形成多层电子回路。多层电子回路之间是通过气相沉积、电镀的方式形成绝缘层和金属连线,而电镀用于生长铜连线金属层。已经制作好的晶圆在经过化学腐蚀、机械研磨相结合的方式对晶圆表面进行磨抛,实现表面平坦化。然后再进行切片、封装、检测就做成了一块完整的芯片。芯片制造的原理看似简单,但每一步都属于挑战极限从沙子转变成可以制作芯片99.999999999999%的高纯度晶圆,难度可想而知,就连如今使用的极紫外光光源都是费了九牛二虎之力才有所突破,而光刻胶就有几千种。这些都还不是极限难度,极限难度在于如何将电路一层一层的刻画到晶圆上,同时又保持晶体管和电路的泾渭分明,在纳米尺度上保持多层光刻电路对齐。在整个世界范围内能组装光刻机的凤毛麟角,AMSL更是垄断了高端光刻机市场,至今无人能望其项背。其中能造7nm以下工艺的极紫外光刻机EUV重达180吨,拥有超过10万个零部件,90%的关键设备来自外国而非荷兰本国,ASML作为整机公司,实质上只负责光刻机设计与集成各模块,需要全而精的上游产业链作坚实支撑。通俗一些讲:就算给你EUV完整的图纸和配件,也很难调试出光刻芯片的精度。芯片制造这件事,需要一整个完善的产业链来支撑。对于我们国家来说任重而道远,对于国外的封锁,只能一步一个脚印,没有它法。以上个人浅见,欢迎批评指正。认同我的看法,请点个赞再走,感谢!喜欢我的,请关注我,再次感谢!这个问题需要循序渐进,才能回答清楚,为便于理解,需要多上图片。一颗高性能CPU,其内部的复杂程度堪比一座北上广深这样的一线城市。如果说城市的基础建筑材料是砖头,和钢筋、水泥配合,建成高楼大厦,那么CPU也有基础构成元件,它就是晶体管。当然,上图中的晶体管个子太大,CPU内的晶体管都是纳米级别,模样大不相同(运行原理完全一样),看起来像纱网格子(见下图):晶体管需要搭配电容、电阻等其它元件,才能完成“开”、“关”动作,对应计算机语言的“0”和“1”,这也是计算机只能读懂“0”和“1”的原因(现在的编程语言被称为高级语言,运行时都需要芯片中的编译器翻译成机器能读懂的0和1组成的语言),实际上所有的运算过程都是数以亿计的晶体管在不断重复“开”、“关”动作。所有的运算结果,不管是游戏的画面、电影特效还是计算器算买菜钱,都是晶体管不同开关动作组合的结果。晶体管如何和电容搭配?我举DRAM(俗称电脑内存)为例,一个DRAM单元可以存储1比特数据,它由1个晶体管和两个电容组成。见下图。CPU的内部结构要复杂一些,和DRAM的差别在于,DRAM的基本单元(DRAM CELL)结构都是一样的,这也是DRAM拼制造的原因;而CPU内的基本单元的结构并不一样,这样才能组成算术逻辑单元、寄存器、译码器、缓存等部件,最终组成一个CPU内核,由于内部线路复杂,所以CPU既拼制造,也拼设计,比DRAM难度上了一个大台阶。现代CPU基本都是多核打天下,如下图的至强处理器有10个内核。总之,不管CPU多么复杂,它其实都是晶体管和电容、电阻等纳米级的元件,经过复杂的设计组合,得到不同的部件(算术逻辑单元、寄存器等),再由部件组成CPU内核,多个CPU内核再组成CPU,封装后就成了我们看到的样子。见下图:原创回答,搬运必究。长久以来我们一直都闯入了一个误区:认为晶体管是越做越小。其实不完全是这样的。晶体管是朝着2个方向发展的:信息电子方向:将晶体管越做越小,越做越快。当今的电脑、手机、通信芯片等都属于这个范畴。 电力电子方向:将晶体管越做越大,越做越快。其代表产品就是IGBT,它广泛的应用于轨道交通、智能电网、航空航天、电动汽车、新能源装备等领域。 下图就是我们常见到的一些普通晶体管(仅展示部分,并非全部)。因为性能、封装的不同,所以它们会有不同的外观。 晶体管的作用晶体管(Transistor)是一种固体半导体器件,包括二极管、三极管、场效应管、晶闸管等等,它具有检波、整流、放大、开关、稳压、信号调制等多种功能。晶体管作为一种可变电流开关,能够基于输入电压控制输出电流,与普通机械开关不同,晶体管利用电信号来控制自身的开合,所以开关速度可以非常快。 与电子管相比,晶体管具有更多的优越性:1、晶体管构件没有消耗;电子管会因为阴极原子的变化和慢性漏气而逐渐劣质化。晶体管的寿命一般比电子管长100到1000倍。2、晶体管耗电能极少;晶体管消耗的电能仅为电子管的十分之一或几十分之一。电子管需要加热灯丝产生自由电子,而晶体管不需要。一台晶体管收音机只需要几节干电池就可以听半年以上,电子管的收音机就很难做到。3、晶体管不需要预热;晶体管一开机就可以工作。电子管设备做不到这点,开机后需要等待一会。4、晶体管结实可靠;普通晶体管的体积只有电子管的十分之一到百分之一,放热很少,耐冲击,耐振动,可以说晶体管使电路小型化、集成化、大规模化成为了可能。芯片的晶体管为什么越做越小?芯片上集成了很多的晶体管,这些晶体管控制了很多电流,如果晶体管的尺寸逐渐变小的话,里面源极和漏极之间的那个沟道长度L也会相应的缩短,沟道长度变小后,晶体管就会有更快的反应速度,更低的控制电压。但进入28nm后再按照以往的经验来缩减晶体管尺寸,将会失效。当沟道缩短到一定程度之后,在芯片里面就会因为量子的隧穿效应,此时晶体管关断。目前业内通过Fin-FET(鳍式场效应晶体管),SOI(在晶体管之间,加入绝缘物质)等技术来解决这个问题。芯片做小后主要会有以下几个好处:1、节能:晶体管大了,走的电路就越多,耗能就越大;晶体管做的越小,电流可以走更多捷径,多节能环保。2、性能提高:晶体管越小,同一块芯片单位面积内能工作的晶体管更多了,性能就更好。3、减少成本:芯片小了,一个硅片能做成更多的成品芯片,很大程序的降低了成本。4、减少芯片占用空间:芯片做小了,我们的电脑、手机才可能做得更小、更薄。所以芯片的趋势就是越做越小,越做性能越强。有种说法,当价格不变时,集成电路上能容纳的元器件的数目,约每隔18~24个月就会增加一倍,性能也将提升一倍,这就是有名的摩尔定律。所以芯片的进化,就是晶体管变小的过程。电力电子晶体管为什么越做越大?电力晶体管(Giant Transistor直译为巨型晶体管),是一种耐高电压、大电流的双极结型集体管(Bipolor Junction Transistor-BJT)。电力晶体管开关特性好,但驱动电路复杂,驱动功率大。而IGBT,绝缘栅双极晶体管(Insulate-Gate Bipolar Transistor)也是三端器件(含栅极、集电极和发射极)。IGBT综合了电力晶体管(GTR)和电力场效应管的优点。电力电子晶体管之所以会越做越大,得先看一下它的发展历史:1957年,通用电气公司(General Electric)根据肖克利的“勾型”(就是PNPN四层晶闸管结构)晶体管结构研制出第一个300V/25A可控硅SCR(后来叫晶闸管)。可控硅能处理较高的电压电流,开辟了以处理能力为目的的电力电子的新领域。1962年,GE公司研制出第一个600V/200A的GTO(可关断晶闸管),克服了普通可控硅不能门极控制关断的缺点。但GTO在实际应用中容易烧毁。1974年,日本东芝等公司采用NTD单晶片并通过计算机模拟技术,在GTO研制上取得突破,生产出1200V/2000A的GTO。而越做越大的双极晶体管采用垂直结构、达林顿级联技术以及多元胞集成并联等技术已经做到了500V/200A/50(电流放大倍数hFE),此时已经称作GTR。因MOS集成电路在20世纪70年代末得到了飞速发展。1982年,CE公司的美籍印度人B.J.Baliga和Motorola公司几乎独自同时发明了IGBT。1984年GE公司的V.A.K. Temple发明性能更为优越的MCT(H),在1991年商品化生产,但在20世纪90年代末因结构过于复杂成品率低而陷于停滞状态。1972年,日本人西泽润一采用JFET结构研制出了静电感应晶体管及晶闸管SIT、SITH。20世纪90年代初,日本三菱公司研制开发的以IGBT为基础的智能功率模块(IPM)经过十年的改进,也进入了成熟应用。1995年,西门子公司首次推出了非穿通结构(Non Punch Through)的NPT-IGBT,这在技术上是一个里程碑。因为,NPT-IGBT技术可以使功率开关器件在高温可靠性、安全工作区、超高耐压、低成本、高开关性能等诸多方面同时得到显著提高。采用NPT-IGBT技术及GTO圆片工艺,目前已经可以做出6500V/600A的NPT-IGBT。在20世纪80年代认为要大大发展的功率集成电路(PIC-Power Integrated Circuit)主要包括高压集成电路HVIC和智能功率集成电路(Smart Power IC)有所发展,但发展不快,应用范围也较小。当今电力电子器件正朝着高可靠、高功率频率积、高集成化、高智能化、低成本化、高允许工作温度的方向发展。从上图可见,如果没有电力电子晶体管,在宏观的世界里就不会带给我们带来这么多便利,芯片也很难越做越小。晶体管不管是从微观和宏观的发展都改变了这个世界,促进了整个时代的发展。它是建设现代化信息社会的基石。以上个人浅见,欢迎批评指正。喜欢的可以关注我,谢谢!认同我的看法的请点个赞再走,再次感谢!设计师对每个晶体管都心里有数?在集成电路发展的早期,是这样的。早期的CPU世界上第一个商用微处理器,Intel 于1971年推出的 4004,仅包含2250个晶体管。这时的CPU可以完全由设计师绘制,设计师当然也清楚每个晶体管都是做什么的。早期的其他CPU也是类似情况,比如1974年出品的 Intel 8080,共包含4500个晶体管;1975年出品的6502,仅3510个晶体管。当然,CPU这种数字逻辑芯片设计的基本单元其实不是晶体管,而是逻辑门,或者更大一点的触发器。当然,每个逻辑门和触发器所包含的晶体管都是固定的,也就可以认为,清楚知道每个逻辑门和触发器的分工和作用,就能清楚的知道每个晶体管的分工了。以上,是CPU设计的手工时代,设计师了解,也必须了解每个晶体管的分工和作用。现代的CPU由于现代芯片规模巨大,通常都利用EDA工具来生成和验证门级网表。逻辑设计师们通常工作在RTL(寄存器传输级)级。同时,由于IP核的大量使用,设计师已经很难清楚每个逻辑门,或者每个晶体管的分工了。类似软件开发我们可以用软件开发类比:以前的软件开发,工程师直接用汇编语言编写程序。工程师也清楚每条机器指令的作用现代的软件开发,工程师使用高级语言编写程序(如C++,Java,Go,Python),还会使用很多外来程序库(如Pytorch),这样,工程师已经难以清楚每条机器指令的作用了
5,万圣节南瓜灯的制作方法详细点最好有视频教学
先拿一个打草纸,画上你想的恐怖图案。在用小刀在南瓜上刻好,注意!先把南瓜的顶部切掉,瓤挖掉再刻就好刻了。最后,在里面插好蜡烛就行了!
6,求恶霸鲁尼上课攻略
首先列一个课表:上午 下午第一天 化学 英语第二天 艺术 体育第三天 生物 音乐第四天 劳技 摄影 (劳技就是Shop。。。至少我中学的时候有这么一门课-_-b)第五天 地理 数学第一章的时候只有前三天的课程,循环出现,第二章的时候解锁后两天的课程。其中摄影要完成了帮英语老师处理酒瓶那个任务后拿到相机才解锁,摄影3级以上第三章才解锁。没解锁的时候上午劳技下午就可以去玩了,也不会被抓旷课。上午课是9:00-11:30,下午课是1:00-3:30,下课前去都来得及,但是如果迟到半小时以上算逃课状态,会被抓。如果上课失败了没关系,下次轮到这门课了还是同一个等级,直到通过,所以不用读档。如果一门课程5级全部通过,就不用去了(想去还可以去),也不算逃课。下面按课表顺序介绍各门课程:化学:就是按相应的键,3次机会,很容易,唯一要注意的是因为烟雾很多会卡,最好提前关闭特效再去(我没关也能过,不过错了几次)。通过后可以解锁宿舍的实验台,1、2、3级分别是爆竹、臭气单和痒痒粉,4级是由一次3发升级为一次补满,5级是有每天一次升级为无限使用。挺有用的,建议不要逃课尽快完成。英语:拼单词,好多奇怪的词完全没见过,对中国玩家来说几乎不可能吧。。。所以还是看攻略吧通过后1、2级分别提高道歉、挑衅的效果,3级可以向校园警卫道歉,4级可以远距离挑衅,5级可以向警察道歉。感觉没啥用,道歉也只能是小错误,很容易逃,大错误又无效。单词表:English 1.Letters GivenE W O L M LPossible WordsThree lettered Words:MewOwlWoeMowLowElmOweMolOleFour lettered Words:WellMeowMewlMollLoweMoleSix Lettered Words:MellowEnglish 2.Letters GivenG S F H T IThree lettered Words:FitSitHitFigHisIfsItsFour lettered Words:ThisGistGiftHitsFistFishFitsFigsSiftFive Lettered Words:GiftsShiftSightFightSix Lettered Words:FightsEnglish 3.Letters GivenI M E L S SThree lettered Words:elmleiliemilFour lettered Words:isleleislieselmsmesslesslimemileslimmisesemimissFive Lettered Words:islesmisesseismslimslimesmilesslimesmileSix Lettered Words:slimessmilesEnglish 4.Letters GivenY C A O N RThree lettered Words:ranconarccarcananynaycrycoyoarrayryanoryoncayFour lettered Words:orcanarcnaryyarncyanracyconyroancornFive Lettered Words:acorncornycronyrayonSix Lettered Words:crayonEnglish 5.Letters GivenG D E A R GThree lettered Words:radareeareraredgarraggagageergdaggadeggFour lettered Words:gagedaredearreadgearragedraggraddregagedegadgaedFive Lettered Words:aggergagergraderagedSix Lettered Words:daggerragged艺术:就是天蚕变。。。玩法不讲了,应该基本都会吧。1、2、3、4级分别使你Kiss了女孩之后补血到超过最大值25%、50%、75%、100%,5级可以不送礼物就Kiss。感觉非常有用,赶紧学吧~~~体育:1、3级是打架,先照着屏幕下方的指示做动作,然后用教的动作把对方打残。奖励就是解锁这个动作。2、4、5级是躲避球,我也没啥好的策略,基本上就是看到离对手远就传球,离对手近就砸。奖励是弹弓之类远程武器的准确度提高。感觉有那么一点用吧,没事就去学吧。注意体育课上课地点不在教学楼里,在南边的体育馆,下了艺术课就过去吧~~~生物:照指示做就行,只要鼠标好使,时间很充裕。如果看不懂指示:1、屏幕上如果显示一堆绿点,那就是用小刀(工具3)沿着绿点划线,全部连通后切开;2、屏幕上如果显示黄叉,有几种可能:(1)最开始,用大头针(工具2)固定标本;(2)用小刀切开肚皮后,用镊子(工具4)向两侧拉开肚皮;(3)拉开肚皮后,用大头针固定肚皮;(4)切完器官后,用镊子把器官拖到盘子里(这种情况右下角会出现个盘子);3、屏幕上如果什么标记都没有,那就是让用放大镜(工具1)观察某个器官,看不懂说明就乱点吧。通过后解锁的都是衣服。5级过了之后还会在宿舍出现一个骨骼模型-_-b。有兴趣就学吧。音乐:只有两个键的乐器游戏,超简单,尤其是玩过VOS之类游戏的话。通过后解锁的都是衣服。劳技:也是照做动作,不过比化学难一点,鼠标要好使,尤其是画圈时反应要快,画歪了就挂了,建议先多开几个锁练练画圈(顺便柜子里也有不少衣服之类的收藏品)。通过后解锁各种自行车,性能基本逐级提升(1->2似乎降了。。。),存在车库里,可以无限拿,小镇上也到处都停着你刚解锁的自行车,赶紧学吧。上课地点也不在教学楼里。下面是操作表(按键不一定对,反正很容易,主要是画圈方向):1级:顺时针,A,逆时针2级:顺时针,A,S,逆时针3级:顺时针,A,顺时针,S,逆时针4级:逆时针,A,顺时针,S,顺时针5级:D,W,顺时针,A,逆时针,S,D,逆时针摄影:完成各种摄影任务,奖品基本都是纯收藏价值。1级,拍校园里的校旗,位置小地图上有,按方向键上进入镜头模式,鼠标左键拍摄。成功拍到的话是绿框,否则是红框。其中有个比较高的旗子可能还要按上键放大才算拍到。通过后解锁相册,可以保存照片,不过是黑白的。2级,拍任意3个同学,站在要拍的人正面,右键锁定,他/她会注意到你向你摆pose,左键拍,也是绿框算拍到了。通过后解锁同学录,保存同学的大头照(要拍的),算在100%完成度里的。(后面我还没玩到,翻译英文攻略了)3级,要第3章以后才能做,拍流浪汉或者狗,限时的,拍完了来不及可以坐校车回。通过后升级相册的存储量。4级,拍摄整个Bullworth的5处地标,要拍的地方都有标记的,不过时间很紧。通过后相机变成了彩色的数码相机。5级,拍摄嘉年华里的6个畸形人展览(freak shows),有时间限制不过不紧张。通过后嘉年华的游戏奖券加倍,如果想赢嘉年华的奖品,尤其是那个小摩托,还是很有用的。地理:把国旗(或者州旗)放到正确的位置,放错会扣时间,地理知识不够牛,就看地图吧。注意鼠标放国旗上会显示国家名的。每级都会奖衣服。此外2、3、4、5级分别会开启地图上标记橡胶带(Rubber Band)、G&G卡片、晶体管、侏儒(Gnome)的位置。顺便说一下这4个收集的作用,晶体管是用来给流浪汉学招的,橡胶带集齐了会得到一个可以反弹的橡胶球作为武器(据说虽然好玩但不实用),卡片和侏儒集齐了都是换衣服。
7,皮皮虾怎么剥图解 剥皮皮虾的正确方法
插进筷子,插到差不多快到尾巴那一节,然后就可以用筷子把坚硬的壳撬开把头拧掉,你可以多试几次,我也是看别人才学会的,现在速度超级快,别人都争不过我,嘿嘿 很简单哦朋友。准备一个剪刀,先把皮皮虾尾巴上的那层硬壳剪开,然后把剪刀插进去,沿着背部,紧贴背上的硬克,从尾部往头剪,最后很容易就把整个一根肉全部都拿出来了哦。你试试吧朋友!
8,大家看看这个魔方是不是有问题不是说红橙蓝绿黄白相对
你的配色不是标准的没错。你的魔方组装应该没有问题。根据角块看,蓝绿橙三个颜色是顺时针排列的,跟中心顺序是一致的,说明组装没有问题。没有出现教程里的形状不是因为魔方,是你拼错了,仔细看教程,教程要求底层棱块和中层中心颜色一致,你根本就没拼好就去拼底层角块了,肯定拼不出教程要求的形状。。
9,如何DIY六角飞镖方法图解
1、两张正方形纸张,将黄色正方形左右两边对折,打开,再将左右两边对齐中线对折,然后再对折。2、将粉色正方形纸张如上步骤同样处理。3、将黄色纸的右上角向下折,左下角向上折。再将粉色纸的左上角向下折,右下角向上折。4、将黄色纸的上端以大三角形的一边作为中线,向下折。下端同理向上折。粉色纸同样处理。5、将黄色纸翻面,像“Z”字形一样摆好,再将蓝色纸垂直摆放黄色纸的上面。6、将黄色纸的下端向上翻折,插入蓝色纸的内部,上端同样处理。7、将纸片翻面,将蓝色纸的右端向左折插入黄色纸的内部,左端也同样折法。8、稍多整理,一个帅气的飞镖就折好啦。
10,穿越火线的巨人城废墟困难怎么过视频教程
很简单,1-24回合在上面玩,17.19回合配合他们一下,25回合你下去刷,包过,包水晶箱 巨人城是最简单的容易通关的挑战模式了~尤其是现在中途加入加血~ 复活币 医药瓶那些东西~
30关之前没有什么难处~奖励任务关项配合好就成~
终极boss~ 集体下边~ 群攻一个~
信仰游戏 CF LOL ~ QQ:1519734037 欢迎咨询~
最后一关 所有人打绿色的BOSS 和他耗命 没个人都轮流站着不动 他就也不会动 然后死命的打她 其他两个BOSS 别打
11,全站仪NTS342R坐标测量的使用及视频教程
视频。。。不会哈~~不过放样,可以教你,首先,你需要知道2-3个已知点~~~(至少两个已知点通视)另外就是,你架站的那个点要保证和你要放样的大概位置通视,让后的步骤是,1,全站仪架好在已知点上(后面叫测站点),棱镜在另外一个已知点上(后面叫后视点),调平,打开全站仪,342应该是WIN界面,直接菜单,菜单里面可以找到放样,让后点击放样,让后会让输入测站点坐标~~输入完成后,需要输入后视点坐标,输入完后视点坐标后,瞄准棱镜,选择测量,让后保存,让后选择放样点,这样需要输入放样点坐标~~输入以后,因该是全站仪出现角度和距离,两个选项,这时候先选择角度,让后屏幕出现一个水平角度,接着旋转全站仪,使角度变成0度0分0秒,这个时候锁死水平制动,全站仪瞄准的地方,就是放样点的方向,这时候用棱镜贴近全站仪,选择测距,应该出现一个负的距离,就是离开全站仪多远就是哪个点的位置,走到大概位置,全站仪始终不动,由观测者指挥跑棱镜的人,前后左右的移动,最终找到距离是0的时候,这样放样点就找到了~~~语言表达能力不是太强~~希望能帮到你~~如果有什么问题可以再给我留言~~ 你好!应该是仪器调平以后,建站、已知点建站、后面有个小三角,点开有调用和输入,如果仪器里边存有坐标可以调用,没有就直接输入。测站和后视都输入完对准棱镜后点设置就OK了。下面就可以点放样,点放样就行了打字不易,采纳哦!
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