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来源:芯榜+发布时间:2022-10-14675浏览
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为什么要了解芯片
手机，特别是智能手机的普及，其实就是最近十几年的事。现在我们的手机成了一个能让人沉浸其中的小世界，这都多亏了手机芯片。
每台手机里，都有一个个小芯片在不断地执行着各种指令。这靠的是芯片里很多称为晶体管的半导体元器件，这些晶体管通过不同的电路连接方式可以实现开关、电信号放大等多种功能。我们每一次操作手机，都有上百亿个晶体管在工作，让指尖大小的微型集成电路发挥出远超首台巨型计算机的能力。
集成电路（又称芯片）技术，不仅仅体现在手机中，大至工业制造、机械设备、物流运输，小至电视机、计算机、手机、智能家居产品，底层都有芯片技术支撑。随着5G、人工智能、物联网、自动驾驶、大数据、云计算、智慧城市等新兴领域的蓬勃发展，芯片将扮演更加重要的角色。
我们可能永远都不会自己设计芯片，但了解芯片设计仍然是一件有趣且很重要的的事情。
芯片与晶体管
芯片发展史可以追溯到半导体特性的发现，即半导体的导电能力会随着温度、光线、光照条件、输入电压和掺入杂质的不同而发生改变。在这一理论基础上，半导体点接触式晶体管诞生，带来了集成电路。
其后，随着芯片制作工艺的演进，人们得以将完整计算机的不同功能集成于一颗硅片，这种高度集成的集成电路芯片即 SoC （System on Chip，片上系统），一块芯片中包含了具备不同功能的集成电路模块，它们构成了一个完整的系统，使芯片功能大大增强。一块芯片中可能包含几类不同功能的集成电路。
在理论上我们都知道，用晶体管搭成特定的电路，就可以让电路访问由0和1组成的机器语言代码（指令），并且执行这些指令。虽然每个指令对应的功能都很简单，比如仅仅是把某个位置存储着的数据拷贝到另一个位置去，但多个指令执行下来，就能实现很复杂的功能。
在计算机图书中，我们可以学习到，高级语言如C语言代码，在真正被处理器运行时会转化为汇编代码，并最终形成二进制格式的目标代码文件。最终机器执行的程序只是一个字节序列，它是对一系列指令的编码，机器对产生这些指令的源代码几乎一无所知。
晦涩的芯片知识
在计算机专业课堂中，当需要设计实际能够工作的微处理器时，学生们会先学习怎么用晶体管组成数字电路的基本计算单元——逻辑门。
后续设计时，我们就不会再画出逻辑门的实际晶体管电路了。
将很多的逻辑门组合成一个网，就称为组合电路。比如下面就是一个简单的组合电路。
之后我们可以将具体的组合电路写成更抽象的表示图。
比如算术/逻辑单元（ALU），就是一种很重要的组合电路，下面是它的一个抽象的图示。电路有标号为A和B的两个数据输入，一个控制输入。根据控制输入的设置，电路会对数据输入执行不同的算术或逻辑操作。
早期的硬件设计者，就是通过纸和笔描绘示意性的逻辑电路图来进行电路设计的。比如设计一个最简单的、每个时钟周期中执行一条完整指令的顺序执行处理器时，就会画出下面这样的一个逻辑图。
现在我们已经不再直接描绘逻辑电路图来进行电路设计了，而是会使用硬件描述语言（Hardware Description Language，HDL）来描述硬件结构，如Verilog语言。之后可以根据HDL的描述生成有效的电路设计。
用晶体管设计出特定的电路已经很难了，而真正把大量的晶体管“放进”指甲盖大小的芯片里并用电路连接在一起，难度会更大。现代的芯片设计、制造、测试，已经变得非常复杂了。按照传统的方式来学习了解芯片的设计制造，以及芯片中各个功能模块是怎么配合完成工作，还是很不容易的。
芯片知识，其实也能讲得这么简单
好在，我们现在有了一本介绍芯片知识的科普漫画图书，书中，芯片知识由拟人化的“元器件”们徐徐道来，带领读者轻松了解“点沙成芯”的奥秘。
这本书的内容，来源于华为麒麟公众号中的热门科普漫画“看懂芯片原来这么简单”系列。在漫画创作期间，华为麒麟团队的专家们又提供了丰富的学术资料，并认真答疑、严谨校对，让这本跨越芯片设计、无线通信、开发工具等多个领域的科普图书更具专业性。
全书共分为三个部分，首先介绍芯片的设计与制造，解读芯片的基本概念；
然后剖析芯片内部结构，解读 CPU、GPU、ISP、NPU 等核心部件的功能与作用；最后解读旗舰芯片部分功能的实现方式，如连接芯片们“成团出道”、ISP+NPU 硬件级协同等芯片设计领域的知识。
本书是以生活场景作为触点，结合终端体验来阐释芯片原理。可以说是一本跨越芯片设计、无线通信、开发工具等多个领域的科普图书了。书中没有长篇累牍的技术介绍与理论知识，而是以生活场景作为触点，结合终端体验来阐释芯片原理。对于广大读者朋友来说，这种方式可以帮助大家更轻松地了解芯片科学，感受芯片内的广袤世界。
比如在讲解芯片设计与制造的过程时，书里就建议读者将过程简单地理解为设计、制造和测试。然后用建造建筑来进行比喻，说明了芯片的前端设计、后端制造、封装测试的区别。
这样一来，晦涩的芯片原理就变得好理解多了。接下来讲解芯片的制造过程，就很容易明白了。
对于各种专业名词，都在每章末尾放上了术语表。
通过这种漫画的形式，这本书串联起了一个个主题故事，难懂的芯片知识了解起来也变得更加轻松。
着眼生活场景，结合终端体验解释芯片原理
本书中，会从日常生活中的场景来入手，比如以使用手机时的体验，来讲解芯片原理。
当讲解内存与闪存的区别时，就用手机之间的参数比较来开始讨论。
并使用了玩具工厂的生产流程，来生动地说清了内存和闪存的不同之处。
图书内容覆盖全面，对芯片中的各种功能部件都有介绍。包括CPU、NPU、DSP、ISP等。
本书在漫画的形式上，做到了专业、全面。每个知识点都由华为麒麟团队专家们严谨校对过。
GPU、ISP、NPU、AI、5G Modem、射频芯片、Wi-Fi 6技术、蓝牙、数字版权、ISP流水线和NPU矩阵计算、伪基站防范……这么多的知识，都会由漫画人物经故事场景一一细述，真的非常用心了。
希望这本芯片漫画，能成为你爱上科学的起点。
现在越来越多的年轻人对集成电路科学和技术感兴趣，很多人不仅热爱科技，而且有很好的创造力和想象力。希望这本芯片漫画书能为大家提供一个土壤，帮助更多人走近芯片、认识芯片，甚至未来能投身到芯片技术研究和创新中去。未来，让我们携手探索更多芯片奥秘。
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