问个单片机制造的问题
单片机制造是不是也像台式机电脑CPU一样,完好的晶圆制造出来的就是最好最先进的,有部分缺陷的把这部分功能舍去,做成低端的?是的,您的理解在很大程度上是正确的。
在半导体制造过程中,无论是单片机(MCU)还是台式机CPU,其核心——芯片,都是从晶圆(Wafer)上切割下来的。晶圆制造完成后,会经过一系列的测试和筛选,根据其性能、功能完整性、良品率等因素进行分级和分类。这个过程在行业内被称为“Bin Sort”或“Sorting”。
一、晶圆制造与良率控制
晶圆制造是一个高度复杂且精密的过程,涉及光刻、蚀刻、沉积、掺杂等多个步骤。由于制造工艺的复杂性,以及纳米级的加工精度要求,晶圆上每个芯片(Die)的质量并不完全一致。制造过程中可能会出现微小的缺陷,例如晶体结构不完整、线路短路或断路、漏电流过大等问题。
这些缺陷可能影响芯片的功能完整性或电气性能,但并不意味着整片晶圆就完全报废。相反,制造商会通过自动测试设备(ATE)对每个芯片进行详细测试,判断其是否符合设计规格。
二、功能屏蔽与产品分级
对于存在部分缺陷的芯片,制造商通常会采取以下几种策略:
1. 屏蔽缺陷部分:如果芯片的某一部分(如某些核心、缓存、外设模块)存在缺陷,但其余部分完好,制造商可以通过熔断保险丝或设置配置位的方式,将这部分屏蔽掉,使其无法被使用。例如:
Intel 曾将多核处理器屏蔽成双核出售;
AMD 也曾通过屏蔽部分缓存或核心来制造不同等级的产品;
在单片机领域,常见的做法是屏蔽部分外设(如ADC、PWM、CAN模块)或限制主频,从而形成不同型号的产品。
2. 性能分级:即使芯片功能完整,也会根据其最大运行频率、功耗、温度范围等性能指标进行分级。例如:
某些单片机在高温下表现不稳定,就被归类为工业级以下的产品;
某些芯片在高频率下功耗过大或发热严重,就被限制在较低频率下使用,作为中低端型号出售。
这种策略不仅提高了晶圆的整体利用率,也实现了产品的差异化和市场细分。
三、单片机与CPU制造的异同
虽然单片机和台式机CPU在制造流程上有很多相似之处,但也存在一些关键区别:
| 对比维度 | 台式机CPU | 单片机(MCU) |
|----------------|------------------------------------|--------------------------------------|
| 制造工艺 | 多采用最先进工艺(如5nm、7nm等) | 工艺相对成熟(如40nm、55nm、130nm) |
| 集成度 | 极高,集成数十亿晶体管 | 相对较低,集成数百万至千万晶体管 |
| 测试复杂度 | 非常高,需进行多维度性能测试 | 相对简单,侧重功能完整性和稳定性 |
| 市场定位 | 高性能计算领域 | 控制类、嵌入式系统 |
| 分级策略 | 主要依据性能和频率 | 更多依据功能模块完整性和应用场景 |
正因为单片机的应用场景更偏向于控制和嵌入式系统,对性能的要求不像PC处理器那样极致,因此厂商更倾向于通过功能屏蔽来形成产品线。
四、举例说明
以意法半导体(STMicroelectronics)的STM32系列单片机为例,其不同型号之间往往在内核、主频、外设数量等方面存在差异,但这些差异很多时候并不是设计上的区别,而是通过测试后对同一晶圆上的芯片进行屏蔽和分级实现的。
类似地,Microchip 的 PIC 系列、NXP 的 Kinetis 系列等也采用了类似的策略。
五、总结
综上所述:
单片机的制造确实像台式机CPU一样,会根据晶圆测试结果进行分级;
存在缺陷的芯片不会被丢弃,而是通过屏蔽部分功能,作为中低端产品出售;
这种策略不仅提高了晶圆利用率,也实现了产品线的灵活布局;
虽然单片机的制造工艺和复杂度低于CPU,但其分级策略同样成熟且具有高度的商业价值。
因此,可以说,“高端芯片是完好的,低端芯片是屏蔽了缺陷的”,这种说法在半导体行业是成立的,也是行业内普遍采用的一种高效且经济的制造策略。
[本文内容由国芯人工智能辅助生成,仅供参考] CPU是一堆纯数字电路,掉电后什么都没有了。
单片机内有闪存空间、ADC、内置晶振、比较器等模拟电路,蚀刻工艺就有很多区别。 涨知识了,以前都不知道芯片背后有这么多的情况
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