电子信息科学与技术导论 黄载禄-第八章 微电子学与集成电路.ppt

包括系统功能、性能、物理尺寸、设计模式、制造工艺、设计周期、设计费用等等。 三、集成电路设计过程简介 物理设计或称版图设计 8000亿US$ 1000亿US$ 300亿US$ 16亿US$ 信息产业 微电子产品 ASIC产品 EDA产品 信息产业市场中的EDA 四、集成电路设计的EDA工具 集成电路产业是以市场、设计、制造、应用为主要环节的系统工程。设计是连接市场和制造之间的桥梁，是集成电路产品开发的入口。成功的产品来源于成功的设计，成功的设计取决于优秀的设计工具。 20世纪60年代末70年代初，但只能用于芯片的版图设计及版图设计规则的检查。 第一代 CAD(Workstation)出现于80年代。不仅具有图形处理能力，还具有原理图输入和模拟能力 。证. 第二代 EDA工具已经进入深亚微米（0.6微米），进入片上系统SOC的新一代CAD系统时代。 第四代 集成电路设计的EDA工具： 90年代初，为EDA系统。其主要标志是逻辑设计工具的广泛应用。包括行为仿真、行为综合、逻辑综合等. 第三代 有十多种成熟的集成电路CAD设计工具，可提供方便灵活的各类集成电路的设计功能。 8.8 微电子技术的发展方向 一、集成电路走向系统芯片 SOC System On A Chip IC的速度很高、功耗很小，但由于 PCB板中的连线延时、噪声、可靠 性以及重量等因素的限制，已无法 满足性能日益提高的整机系统的要求 IC设计与制造技术水平的提高， IC规模越来越大，已可以在一个 芯片上集成108~109个晶体管 分立元件 集成电路 I C 系 统 芯 片 System On A Chip (简称SOC) 将整个系统集成在 一个微电子芯片上 在需求牵引和技术 推动的双重作用下 二、 MEMS技术、DNA芯片和iphone 微电子技术与其它学科结合，诞生出一系列崭新的学科和重大的经济增长点 MEMS (微机电系统Micro-Electro-Mechanical Systems) ：微电子技术与机械、光学等领域结合； DNA生物芯片：微电子技术与生物工程技术结合； iPhone是微电子技术与计算机技术和通信技术三者相结合的产物。iPhone已经不再是传统意义上的智能手机，而已经是引导第七代计算机革命的先锋产品了。 （1）研究表明，硅集成电路的特征线宽进入纳米尺度时，硅微电子技术将受到来自物理，技术和经济三个方面的限制和挑战。为克服上述器件物理和互连技术限制，人们一方面正在开发诸如：高K栅介质、金属栅、双栅/多栅器件、应变沟道和高迁移率材料以及铜互连技术(扩散阻挡层)、低介电常数材料、多壁碳纳米管通孔和三维铜互连等；此时，等缩比技术由原先的“几何”等缩比演变为依赖新材料和新结构创新的“等效”等缩比。 三、硅微电子极限与对策 （2）在冯·诺依曼计算模式下，提高CPU性能碰到了指令并行、功能增长、存取延迟等一系列困难。从而出现了设计思路的转变：一个是提高器件或终端的性能，由过去围绕单核增加加速部件等提高性能的方法过渡到多核并行，进而甚至在器件层次上引入了分布式计算（如cell处理器），在器件或终端层次上出现了由集中到分散的转变；另一个是在网络技术的推动下，出现了由提高终端性能到提高计算系统性能的转变，在云计算的概念下，大大减轻了对终端性能的要求。 8.9 微电子产业的战略地位 一、集成电路使社会进步 笔记本电脑CPU中的晶体管数约有10亿只。 手机中的一块集成电路的晶体管数约有3000万只。 晶体管 没有集成电路就没有今天的手机和笔记本电脑！人类社会将倒退50年！ 二、集成电路与未来战争 每一项技术的实现都离不开集成电路。 导弹防御系统是信息化武器的集中代表。 二、集成电路与未来战争 美战斧巡航导弹 跟踪、制导导弹 美对地攻击无人机 制导系统是：计算机、无线信号（微波、红外或激光）接收机，以及自动控制装置的系统集成。只有集成电路才可能作成如此小的体积的引导头。 没有集成电路就不会有信息化武器！就不会有独立自主的国防！ 集成电路 1 ~ 2美元 电子产品 10美元 国民经济产值 100美元 美国国民经济的构成关系统计： 即发达国家经济关系：GDP每增长100元，需要10元左右电子工业产值和1-2元集成电路产值的支持。 三、集成电路在国民经济中的战略地位 欧美发达国家的一般统计规律： 集成电路产值的增长率 ≈ 1.5~2倍电子工业产值的增长率 电子工业产值的增长率 ≈ 3倍国民经济GDP的增长率 15% 9% 3% From S.M.SZE（著名半导体物理学家：施敏） GNP=Gross National Product(国民生产总值) 对世界半导体、钢、电子工业、移动通信