简单易懂的芯片科普漫画,帮你打开高深的新技术大门

大家好,我是写代码的篮球球痴,今天给大家推荐一本新书,是华为麒麟团队出版的,主要是让大家了解芯片的结构,这对很多人理解计算机是非常有帮助的。希望大家喜欢。

喜欢书籍的同学在文章下面评论,我们会选出评论前7名赠送一本书籍。截止时间是6月3号20:00截止。


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。

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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。

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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。

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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。

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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。

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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。

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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。

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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;

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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。

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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。

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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。

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对于各种专业名词,都在每章末尾放上了术语表。

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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

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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。

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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。

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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。

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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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《看懂芯片原来这么简单 漫画版》

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