Микросхема — это компактное полупроводниковое устройство, которое содержит множество электронных компонентов, таких как транзисторы, диоды, резисторы и конденсаторы. Они размещены на единой полупроводниковой подложке. Компоненты совместно работают для обработки, хранения или передачи информации в виде электрических сигналов. В зависимости от конструкции и назначения микросхемы могут выполнять миллионы или даже миллиарды операций в секунду.

Микросхемы — важный компонент любого современного электронного устройства. Они обеспечивают работу разнообразной электроники: от смартфонов до медицинского оборудования и автомобилей. Компактные размеры, энергоэффективность и способность выполнять сложные вычисления сделали микросхемы незаменимыми.

Для изготовления микросхем в наши дни чаще всего используют кремний. Этот полупроводниковый материал обладает уникальными электрическими свойствами и доступностью — это второй по распространенности элемент в земной коре. В зависимости от конструкции и назначения микросхемы могут выполнять миллионы или даже миллиарды операций в секунду.

Сейчас индустрия микроэлектроники развивается благодаря улучшению архитектуры, компоновке и внедрению новых материалов при производстве микросхем. Также разрабатываются специализированные вычислительные решения для выполнения определенных функций:

    тензорные (TPU) и нейронные процессоры (NPU), графические ускорители (серверные GPU) для машинного обучения и нейросетей,
    FPGA с функцией программирования на решение конкретных вычислительных задач,
    ASIC — чипы, разработанные для выполнения одной конкретной задачи, такой как криптомайнинг, с максимальной эффективностью,
    чипы для автономных систем — работают в беспилотных автомобилях, дронах и используются в робототехнике для обработки данных в реальном времени.

Основные компоненты микросхем

Транзисторы

Ключевой компонент, который выполняет функции переключателей и усилителей и позволяет осуществлять логические операции: «ИЛИ», «НЕ», «И».

Транзисторы играют ключевую роль в интегральных схемах, благодаря им стало возможным создание современных процессоров и памяти. Они могут быть двух типов: биполярные и полевые. У каждого свои особенности, подходящие для конкретных задач. Полевые транзисторы отличаются низкой потребляемой мощностью, простотой управления и высоким входным сопротивлением. Биполярные транзисторы обеспечивают высокое усиление сигнала, быстрое переключение, а также плавное и точное усиление сигнала.
Конденсаторы

Хранят и выделяют электрическую энергию, важны для временных и фильтрующих схем.

Конденсаторы могут временно поддерживать напряжение в цепи, что особенно важно в стабилизации питания и устранении помех. В фильтрах они помогают изолировать высокочастотные сигналы, разделяя полезные и паразитные частоты.
Резисторы

Регулируют силу электрического тока, обеспечивая стабильность цепи.

Резисторы могут быть использованы для создания делителей напряжения или ограничения тока в определенных участках схемы. Их номинал тщательно подбирается, чтобы обеспечить точную работу устройства.
Диоды

Контролируют направление тока, защищая цепи от обратного напряжения и перенапряжений.

Диоды, помимо основной функции выпрямления тока, используются в схемах защиты — например от скачков напряжения для предотвращения поломки оборудования.

Светодиоды (LED, light-emitting diode) — особый подтип диодов. Они используются в освещении, мониторах и телевизорах, а также для индикации в электронных приборах. Светодиоды преобразуют электрический ток в световое излучение. Они состоят из полупроводникового кристалла на подложке, корпуса, контактов и оптической системы.