芯片5纳米工艺是什么意思 什么是BCD工艺芯片

有一个粉丝让我讲讲什么是BCD工艺，因为某芯片厂家宣布研发出了55nm BCD工艺芯片，很多网友说55nm太落后了。真是这样吗？咱们简单了解一下这个工艺。我是东城观星，感谢大家一直以来的支持。

一、BCD工艺芯片是用来干什么的

最近两年我经常购置一些智能开关和插座，希望把家里面的老电器变得更智能。前两个月，我买了一个双控的智能开关，想把卫生间和盥洗室给控制起来，这样晚上忘记关灯就可以通过手机或者声音控制关灯了。就在我准备安装的时候，发现说明书上明确注明，用电器功率不能超过200瓦，尤其不能控制浴霸、排气扇等用电器。因此，我买的智能开关不能安装，预期目标没有实现。

借着这件事，刚好可以聊一下这里要说的BCD工艺。这种工艺主要应用在电源控制芯片上，通俗点说就是智能开关，当然实际用途可比普通的智能开关广泛多了。比如我们的电脑电源控制芯片、手机电源控制芯片、LED灯控制芯片、电动汽车的电源管理芯片、手机基站用的电源控制芯片等等，都有可能使用BCD工艺制造。

通过这些应用，你大概也就知道了，这类芯片，绝不仅仅只是一个电源开关那么简单，而是一个智能管控系统用电的芯片，也叫功率芯片。就像人类的心脏一样，管控着全身的血液供应。它能智能判断、科学预测下游各个用电单元的用电需求，实时调整供电策略，让下游始终都能稳定工作。玩电脑和手机的朋友，大家应该能想到，玩游戏和待机的时候，它们的用电量是不一样的，主要就是通过电源控制芯片来高效管理电能的使用。

虽然现在电源管理芯片已经开始使用第三代半导体，如碳化硅、氮化镓等，但多数的电源管理芯片还是硅基芯片。虽然都是硅基芯片，电源管理芯片和CPU的结构不一样，使用的制造工艺也不完全一样。其中，BCD工艺就是一种常用的电源管理芯片用工艺。

所谓BCD工艺，主要是三种工艺结合到一起的芯片制造工艺。三种工艺分别是双极工艺，英文叫Bipolar、CMOS工艺和DMOS工艺。三种工艺的首字母分别是B、C和D，所以也叫BCD工艺。之所以要用到三种工艺，而不是使用一种工艺，就是要综合三种工艺的优势，解决任何单一工艺都无法独立解决的难题。

二、什么是BCD工艺，有什么特点

一个优秀的电源管理芯片，要求稳定、可靠、抗压和省电。所谓稳定，就是不受外界环境的影响，始终能根据下游用电单位的需要进行供电。所谓可靠，就是开关必须得靠谱，想开就开，想关就关，绝不能打不开关不上，也不能不受控地给下游供电。所谓抗压，就是能够承受大电流和高电压，自己不能被烧毁。省电就不多解释了。

BCD三种工艺结合起来才能有效发挥上述的这些优点。

这三种工艺中，最经典的工艺是CMOS工艺，这是CPU和显卡GPU常用的工艺。这种工艺，结构简单、生产工艺成熟，容易实现大规模集成，还能实现逻辑运算。这种工艺天生就是为数字计算而诞生的，能够高效表达数字0和1，然后通过0和1的各种运算来实现逻辑运算功能。然而，最擅长的事情，到了其它场合就有可能变成劣势。比如只能表达0和1的晶体管，就会忽略0和1之间的数字以及0和1之外的数字。就好像把现在的电视变回黑白电视，让整个画面失去了色彩。这类晶体管，不擅长控制电流的大小、难以承受比较高的电流和电压。

相对于擅长处理数字信号的CMOS晶体管，还有一类擅长处理模拟信号的双极晶体管。早期的收音机信号和电视信号都是模拟信号，我们八九十年代看电视的时候很少看到马赛克，信号不好的时候电视里面都是雪花，那是二十世纪看电视的特有回忆。虽然现在数字信号几乎覆盖了每一个角落，但是对于电流控制来说，擅长处理模拟信号的双极晶体管却有独特的优势。它们的噪音低、控制精度高、而且可以传导更大的电流。双极晶体管跟CMOS晶体管搭配起来使用，就可以相互取长补短。双极晶体管可以作为外部电路和内部数字电路之间的桥梁，CMOS晶体管可以作为信号逻辑处理的工具，两者结合可以实现电流控制的智能化。

还有一个D没有说，DMOS工艺晶体管，能够弥补前两种电路共同的缺点，它能耐受更高的电压，能够给大功率用电器供电。有了DMOS晶体管，我前面说的那个不能控制大功率用电器的缺陷就可以弥补了。

现在越来越多的新能源汽车、手机通讯基站、大功率智能用电器的普及，让能承受高压大功率的DMOS晶体管有了用武之地。但是这类晶体管并不适合进行数字逻辑处理，还是要和CMOS电路结合起来使用才能实现电路控制的智能化。

BCD工艺就是综合了三种晶体管的优势，打造高效可靠的电源控制芯片，具有非常广泛的应用前景。

三、55nm BCD 芯片算是先进还是落后呢？

虽然在芯片领域，55nm早已是落后的工艺水平，但是在电源控制芯片领域却不能算是落后工艺。因为功率芯片，并不一味追求摩尔定律，不急着追求极高的晶体管密度。对于功率芯片来说，最重要的事情是稳定、可靠、准确。功率芯片简单点理解，就是一个功能复杂的电源开关控制芯片。如果电源开关做不到精准控制电源的打开和切断，那就太不靠谱了。

大家应该都听说过，摩尔定律快到极限了，因为现在的芯片即使在待机状态的时候也是会耗电的，考虑到尺寸达到亚纳米水平以后，电子隧穿效应造成的漏电问题是无法避免的，人类很难研发出1nm以下工艺尺寸的可靠芯片出来，也就是说芯片生产工艺是存在极限的。反过来说，目前最先进的芯片制造工艺用到功率芯片上，是不行的，因为功率芯片是不允许漏电的。关机的时候，还有电流通过，那叫什么开关啊。

所以在有效解决漏电问题之前，功率芯片，不能着急提高工艺制程。在世界范围内，55nm的BCD工艺，都不能算是落后工艺。不是不能实现更高的制程工艺，而是必须优先保证电路的可靠性。只有晶体管内部在关闭状态下能高效阻碍电流通过，才能打造合格的功率芯片。而制程工艺线宽越大，造出来的绝缘体绝缘性能越好，开关电路也就越可靠。只有当有效解决漏电问题的情况下，才可以启用更高的制程。

所以虽然逻辑芯片已经实现5nm甚至2nm工艺水平了，功率芯片仍然优先采用比较可靠的工艺制程，比如90nm、180nm甚至更低的工艺。55nm算是比较先进的了，40nm属于前沿工艺，28nm属于下一代工艺。因此，中国企业能够实现功率芯片的55nm工艺，跟实现14nm工艺逻辑芯片量产是差不多的水平，甚至还略高一些。

好了，就说这么多吧，啰嗦太多了大家也烦。有什么需要补充的，大家请到评论区讨论。有说得不对的，也欢迎大家批评指正。

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