Do consumidor ao aeroespacial, qual é a diferença entre os chips?

A divisão de classe dos chips é, na verdade, a divisão da severidade do ambiente de aplicação do chip. Nossos chips comuns são geralmente divididos em quatro categorias: nível civil (nível de consumo), nível industrial, nível automotivo e nível militar (nível aeroespacial). Atualmente, o chip de especificação mais alta que podemos acessar é o chip de especificação do carro. Em comparação com os chips de consumo, os chips de nível automotivo podem suportar temperaturas e ambientes de uso mais extremos.

Como os chips de nível militar e automotivo são tão poderosos, não seria suficiente fazer com que todos os chips atendam ao máximo os padrões de chips de alta qualidade?

A classificação de chips não é tão simples. Na verdade, envolve todo o processo de projeto de circuito, processo de fabricação e embalagem final e teste de chips. Chips de alto padrão podem não ser adequados para outros níveis de ambientes. Em primeiro lugar, chips com especificações mais altas geralmente significam preços mais altos, e pagar por cenários de aplicação impossíveis reduzirá a relação custo-benefício dos chips. Além disso, não é que quanto maior o nível do chip, mais rápida será a velocidade de processamento. Às vezes, o chip sacrifica parte do desempenho para não travar diante de cenários especiais de aplicação.

Simplificando, o projeto de redundância visa aumentar a confiabilidade do chip em troca de aumentar o investimento em recursos.

A existência de circuitos redundantes no chip não é um desperdício, pois o chip precisa estar totalmente preparado diante de tarefas desconhecidas para reduzir a possibilidade de tempo de inatividade em circunstâncias especiais. Especialistas em design de chips explicam o circuito redundante: "Podemos adaptar o sistema para ter buffer suficiente entre o processador e a memória, de modo que mesmo que a memória esteja carregada ao máximo e haja fluxo máximo de transações entre o processador e a latência da memória, então o processador pode cobrir muitos problemas transacionais". Certos caches redundantes podem evitar travamentos quando a memória transborda durante o processamento de tarefas paralelas em grande escala. Além disso, o mesmo efeito também pode ser alcançado no projeto de redundância de memória.

É claro que projetar circuitos redundantes não é um simples copiar e colar. Por exemplo, a fábrica de chips pode aumentar a margem de capacidade de processamento em alguns processos de processamento, como a memória redundante e o cache mencionados acima, o que pode permitir que o chip lide com problemas de tempo de buffer e possíveis alterações em tempo hábil; a redundância também pode ser opcional Um núcleo IP maduro, embora não seja necessariamente a velocidade de computação mais rápida, pode maximizar a confiabilidade; a redundância também pode permitir que o processador adote uma estratégia estável em vez de uma estratégia eficiente ao calcular certos algoritmos, tanto quanto possível Evite os danos causados ​​por erros de cálculo.

Em geral, a redundância não é redundante. Os engenheiros da indústria na área de condução autônoma apontaram: "Muitos aspectos do projeto são regras práticas. Eles podem solicitar uma margem de 30% para fornecer um buffer de tempo. Isso pode lidar com condições anormais encontradas no projeto físico. Esta margem não é de forma alguma um desperdício, é mais como um seguro para projetos físicos ou questões críticas de processo."

Antes que um pedaço de silício monocristalino finalmente se torne um chip para uso, ele precisa passar por design, fabricação, embalagem, testes e outros elos. Um dos principais objetivos da embalagem é proteger a frágil matriz interna do ambiente externo.

Tomemos como exemplo os chips de nível aeroespacial. Os chips comuns de consumo podem obter proteção suficiente usando embalagens plásticas, enquanto os chips aeroespaciais são frequentemente embalados em cerâmica ou metal, e a embalagem também é revestida com uma camada de latão para isolar raios cósmicos e ambientes de alta temperatura. Para reduzir os efeitos secundários causados ​​pela radiação, um gás especial também é abastecido durante o empacotamento.

Atualmente, o nível de especificação do carro é o chip de especificação mais alta que os consumidores podem ver. A julgar pelos requisitos dos regulamentos de veículos, sua temperatura operacional deve atingir -40 graus a 125 graus e também precisa ser à prova de raios, umidade e choque. Portanto, os chips para automóveis geralmente precisam considerar problemas de dissipação de calor e vedação durante a embalagem. Atualmente, a maioria dos chips automotivos são embalados em SIP. A maioria dos módulos que exigem alta estabilidade computacional são integrados para proteção da embalagem. Ao mesmo tempo, a distância de comunicação entre os diferentes módulos é reduzida e a possibilidade de ser afetado durante a transmissão de dados é reduzida.

Na verdade, seja um chip de nível industrial, automotivo ou militar aeroespacial, após várias rodadas de preparação no estágio inicial, uma seleção e testes rigorosos devem ser realizados no final. Os chips de cada classe não são produzidos por fabricantes de chips e são autovedados, e as classes precisam ser determinadas após aprovação pelos departamentos nacionais relevantes.

Atualmente, os chips são divididos em quatro classes: classe de consumo, classe industrial, classe automotiva e classe militar (aeroespacial). Chips de diferentes graus e especificações têm requisitos diferentes, desde o design até a embalagem e os estágios de teste, e os cenários de uso também são bastante diferentes. Em geral, quanto maiores as especificações do chip, maior será o design de redundância do chip, mais compacto será o pacote e mais complicado e rigoroso será o processo de teste.