什麼是電腦晶片？
電腦晶片是含有內嵌電子電路的極小型半導體材料晶片。其包含數百萬個微型電子元件，這些電子元件稱為電晶體，可用於傳輸資料訊號。最開始時，晶片體積很大，因此只能在國家實驗室、大學或大型公司進行運算。鑒於電腦晶片技術的不斷創新發展，高效能處理器得以應運而生，這些處理器可為所有類型的進階分析、圖形和機器學習應用程式提供動力支援。隨著電腦晶片尺寸的減小，就能製造出可在家中使用的較小型電腦。現今，電腦晶片已滲透我們的日常生活，從微波爐到牙刷，可謂無所不在。
電腦晶片是如何製成的？
電腦晶片通常在稱為製造廠或晶圓廠的工廠中製造而成。它們由常見於沙粒中的化學元素矽製成。矽是一種半導體，這意味著它的導電性介於金屬 (例如銅) 和絕緣體 (例如玻璃) 之間。
下文概述了晶片製造過程。
晶片擷取與塑形
單晶錠可透過熔化和精煉砂來予以擷取。這些錠的純度幾乎可達 100%。它們被切割成極薄的晶片，這些晶片會經過清潔、研磨拋光等過程並會塗上一層二氧化矽。在晶片頂部新增一層化學物質 (光刻膠)，以提高光敏感反應。採取嚴格的預防措施，以確保在此過程中不會有任何灰塵或其他異物的污染。準備好基礎晶片後，便可在其上蝕刻電子電路。
電路蝕刻
晶片會由電路圖形板 (稱為光罩) 覆蓋，並暴露在紫外光下。該紫外光可使電路圖形中暴露的光刻膠材料硬化。然後，熱氣會熔化暴露的材料，進而顯露出其下的二氧化矽。留下 3D 景觀，複製光罩的電路設計圖形。
在晶片製造過程中，蝕刻是使用化學方法從晶圓上去除層，而摻雜則是引入雜質來修飾晶圓。我們可能會在同個電腦晶片上重複數百次蝕刻和摻雜工藝，以建立更複雜的整合電路。
電腦晶片如何運作？
電腦晶片的運作方式是：透過電路元件來傳輸電訊號。
模擬整合電路
模擬電路會在指定時間段內傳輸持續且不斷變化的訊號。輸出訊號是輸入與電壓的線性函數，成正比關係。這種類型的整合電路可用於計時器、比較器、穩壓器和運算放大器等裝置功能。模擬晶片可用於掃描產生器、振盪器、音訊放大器和濾波器。
數位整合電路
數位電路可傳輸不連續或二進制訊號。輸出電壓可能高也可能低。高電壓表示布林值 1，低電壓表示值 0。
數位電路旨在執行不同的邏輯運算，例如 AND、OR 和 NAND。例如，邏輯 OR 運算對應布林加法，是電腦加法運算的基礎。因此，數位整合電路構成了所有運算的基礎。它們對於所有可程式化裝置、邏輯板、微型控制器和記憶體都至關重要。
混合訊號整合電路
混合晶片結合了模擬晶片元件和數位晶片元件。透過這種混合設計，晶片才可能充當數模或模數轉換器。這些進階整合電路是現代運算的另一個核心元件。
量子電路
量子電路是運算發展的下一個階段。量子電路是一種運算常式，它定義了對基礎量子位元的一系列邏輯量子運算。量子位元由不同於布林數位訊號的量子粒子表示。布林訊號是 1 或 0，而量子位元可置於疊加狀態。量子運算是一種新興技術，其基礎是含有量子電路的晶片。
電腦晶片有哪些類型？
根據功能，電腦晶片可分為四大類。
記憶體晶片
記憶體晶片可將程序和資料存放在電腦和儲存裝置上。RAM 晶片提供暫時性儲存，而快閃磁碟機和固態硬碟 (SSD) 可永久儲存資料。即使在電流關閉的情況下，快閃記憶體裝置亦可儲存資料。
邏輯晶片
邏輯或處理器晶片可處理資料，以完成任務。它們是現代電子裝置的大腦。CPU 是伺服器和其他運算軟體的微處理器中的主要邏輯晶片類型。不過，邏輯晶片也可設計用於特定功能。以下是一些範例：
- 圖形處理單元旨在最佳化視覺顯示
- 神經處理單元專為深度學習和機器學習應用程式而設計
ASIC
特殊應用積體電路 (ASIC) 旨在為特定應用程式執行重複的處理常式。這些現代晶片為大批量生產製造，主要用於單一用途的裝置，例如二維條碼掃描儀。另一個範例是比特幣探勘，其中 ASIC 可執行產生新比特幣所需的複雜數學常式。
SoC
片上系統 (SoC) 是一種較新的晶片。整個系統所需的所有電子元件都內建在一個晶片中。SoC 功能比微型控制器更廣泛。微型控制器通常會結合 CPU、記憶體及 I/O 處理。不過，SoC 可能會整合圖形、音訊、攝影機和視訊處理。
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