В чем разница между чипами от потребительского уровня до аэрокосмического?

Классификация чипов на самом деле является разделением суровости среды применения чипов. Наши обычные чипы обычно делятся на четыре категории: гражданские (потребительские), промышленные, автомобильные и военные (аэрокосмические). В настоящее время чипом самой высокой спецификации, к которому мы можем получить доступ, является чип спецификации автомобиля. По сравнению с чипами потребительского класса, чипы автомобильного класса могут выдерживать более экстремальные температуры и условия эксплуатации.

Поскольку чипы военного и автомобильного уровня настолько мощны, разве не будет достаточно, чтобы все чипы максимально соответствовали стандартам высококачественных чипов?

Сортировка чипов не так проста. Фактически это включает в себя весь процесс проектирования схем, производственного процесса, окончательной упаковки и тестирования чипов. Микросхемы высокого стандарта могут не подходить для сред других уровней. Прежде всего, чипы с более высокими характеристиками часто означают более высокую цену, а оплата за невозможные сценарии применения снизит экономическую эффективность чипов. Более того, дело не в том, что чем выше уровень чипа, тем выше скорость обработки. Иногда чип жертвует частью производительности, чтобы не дать сбою в особых сценариях применения.

Проще говоря, конструкция резервирования призвана повысить надежность чипа в обмен на увеличение инвестиций в ресурсы.

Наличие резервных цепей в чипе не является напрасной тратой, поскольку чип должен быть полностью подготовлен к решению неизвестных задач, чтобы уменьшить вероятность простоя в особых обстоятельствах. Эксперты по проектированию микросхем объясняют избыточную схему: «Мы можем адаптировать систему так, чтобы между процессором и памятью была достаточная буферизация, так что даже если память загружена до максимума и существует максимальный поток транзакций между процессором и задержкой памяти, тогда процессор может решить многие транзакционные проблемы». Определенные избыточные кэши могут предотвратить сбои при переполнении памяти при обработке крупномасштабных параллельных задач. Кроме того, того же эффекта можно достичь и при проектировании избыточности памяти.

Конечно, проектирование резервных схем — это не просто копирование и вставка. Например, фабрика микросхем может увеличить запас вычислительной мощности в некоторых процессах обработки, таких как упомянутая выше избыточная память и кэш, что может позволить чипу своевременно справляться с проблемами синхронизации буфера и возможными изменениями; резервирование также может быть необязательным. Зрелое IP-ядро, хотя оно и не обязательно обеспечивает самую высокую вычислительную скорость, может максимизировать надежность; избыточность также может позволить процессору использовать стабильную стратегию, а не эффективную стратегию при вычислении определенных алгоритмов, насколько это возможно. Избегайте вреда, вызванного ошибками вычислений.

В общем, избыточность не избыточна. Инженеры в области автономного вождения в отрасли отмечают: «Многие аспекты конструкции являются практическими правилами. Они могут попросить запас в 30%, чтобы обеспечить временной буфер. Это позволит справиться с аномальными условиями, возникающими в физическом проекте». Эта маржа ни в коем случае не является пустой тратой, она больше похожа на страховку от критических проблем физического проектирования или процесса».

Прежде чем кусок монокристаллического кремния, наконец, станет чипом, который мы сможем использовать, он должен пройти через проектирование, производство, упаковку, тестирование и другие этапы. Одно из основных назначений упаковки — защитить хрупкую матрицу внутри от внешней среды.

Возьмем, к примеру, чипы аэрокосмического класса. Обычные чипы потребительского класса могут обеспечить достаточную защиту с помощью пластиковых корпусов, в то время как чипы аэрокосмического класса часто упаковываются в керамику или металлы, а корпус также покрывается слоем латуни для изоляции космических лучей и высокотемпературной среды. Чтобы уменьшить побочные эффекты, вызванные радиацией, при упаковке также заправляется специальный газ.

В настоящее время уровень спецификации автомобиля — это микросхема с самой высокой спецификацией, которую могут видеть потребители. Судя по требованиям правил транспортного средства, его рабочая температура должна достигать от -40 градусов до 125 градусов, а также он должен быть молниезащитным, влагонепроницаемым и противоударным. Поэтому при упаковке автомобильных чипов часто приходится учитывать вопросы теплоотвода и герметизации. В настоящее время большинство автомобильных чипов упаковываются в SIP. Большинство модулей, требующих высокой вычислительной стабильности, интегрированы вместе для защиты упаковки. В то же время сокращается расстояние связи между различными модулями и снижается вероятность возникновения помех во время передачи данных.

Фактически, будь то чип промышленного, автомобильного или военного аэрокосмического класса, после нескольких этапов подготовки на ранней стадии в конце должен быть проведен строгий отбор и тестирование. Чипы каждого класса не производятся производителями чипов и являются самозапечатанными, а классы должны определяться после одобрения соответствующими национальными ведомствами.

В настоящее время чипы условно делятся на четыре класса: потребительский, промышленный, автомобильный и военный (аэрокосмический). К чипам разных классов и спецификаций предъявляются разные требования — от проектирования до упаковки и этапов тестирования, а сценарии использования также весьма различны. Как правило, чем выше характеристики чипа, тем больше конструкция резервирования чипа, тем плотнее корпус и тем сложнее и строгий процесс тестирования.