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集成电路技术的发展探讨

百纳文秘网  发布于:2021-04-08 08:15:27  分类: 演讲致辞 手机版

一、集成电路的发展

1959年,在一次美国无线电工程师协会IRE(Institute of Radio Engineers) 的会议上, 得克萨斯仪器公司展示了他们研制的两块电路, 电路的所有元件都用同一块锗材料制作,并用金属导线加热熔接而成。当时, 他们把它叫做“固体电路”SC (Solid Circuit) , 但不久就改叫“集成电路”IC(Integrated Circuit)。

自从1959年集成电路诞生以来,经历了小规模(Small Scale Integrated circuits, SSI)、中规模(Medium Scale Integrated circuits,MSI)、大规模(Large Scale Integrated circuits,LSI)、超大规模(Very Large Scale Integrated circuits,VLSI)和特大规模(Ultra Large Scale Integrated circuits,ULSI)的发展历程。目前已经进入系统集成或片上系统(System On a Chip,SOC)的时代,可以将各种各样的功能模块,例如存储器(Memories)、数字电路(Digital Circuits)、模拟电路(Analog Circuits)和输入/输出接口电路(Input/Output Interface Circuits)等集成在一个芯片上。从集成电路的特征尺寸上,目前商业化集成电路芯片上的特征尺寸为0.13um-0.18um,今后发展的趋势是0.045um-0.10um,即集成电路已进入深亚微米工艺和超深亚微米工艺时代。集成电路技术正在迅速向着更高集成度、超小型、高性能、高可靠性的方向发展。

过去的50年里,集成电路的发展一直遵循美国Intel公司的创始人之一戈登摩尔(Gordon Morre)在1965年发表的摩尔定律,即集成电路的集成度每三年翻两番。预计今后很长时间内集成电路的发展仍然服从这一定律。有统计数字显示在过去的20年中集成电路的性能价格比改进了100万倍。按照摩尔定律今后的二十年还将改变100万倍,这很可能将继续40年。

目前,集成电路正朝着两个方向发展:一是在发展微细加工技术的基础上,开发超高速、超高集成度的电路。二是迅速、全面地利用已达到的或已成熟的工艺技术、设计技术、封装技术和测试技术等开发各种专用集成电路。

二、集成电路设计的发展

在集成电路发展的同时,集成电路的设计也走过了3个时期。

(一)20世纪60-70年代的初级集成电路硬件设计时期

集成电路设计的初级阶段是针对SSI/MSI的,可设计各种逻辑门、触发器、计数器、寄存器和编译码器等,集成电路的集成度为几百门。将这些集成电路设计成标准元件,再由系统设计师将其做成板级系统,而后在整机上联调由印刷电路板组装的电子系统,这个阶段能设计的系统整机不超过一万门,板级系统约一千门。

(二)20世纪70-80年代的集成电路的软件编程设计时期

随着集成电路工艺的发展,在一个芯片上集成上百万只晶体管已经成为可能。这一阶段的集成电路设计主要是微处理器、随机存储器和只读存储器。微处理器的出现方便了专用电子系统的开发,用户通过编程可以在微处理器上实现各种专用电子系统。系统设计师将微处理器、外围电路和存储器组装在PCB板上,使用由汇编语言或高级语言编制的程序区调试系统,而后由专业的厂家制作供用户开发的单板机和开发系统。

(三)20世纪80-90年代的专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit,ASIC)和系统集成设计时期

1986年底,集成电路厂家已经能够提供深亚微米工艺和单片集成一万门的设计和制造能力,使系统工程师能够将他们想设计的电路直接设计在自己的专用芯片上,他们借助于电子产品自动化设计工具,利用集成电路厂家提供的设计库,完成万门和数十万门ASIC和集成系统的设计和验证。然后,按照标准格式和测试要求,与集成电路制造厂家交接电路设计结果。

三、电子设计自动化技术的发展

集成电路制造业的飞速发展对集成电路的设计方法和工具提出了巨大的挑战。集成电路工艺技术以每三年翻一番的速度向前发展,集成电路设计技术要适应工艺的发展,就必须有相应的增长速度。

以计算机科学和微电子技术为先导的电子设计自动化技术(Electronics Design Automation,EDA)是汇集计算机应用科学、微电子结构与工艺技术,以及电子系统学科最新成果的先进计算机辅助设计技术。电子设计自动化做为一个新兴产业也经历了三代发展。

20世纪70年代,在集成电路产业发展初期,集成电路设计附属于半导体工业加工。集成电路设计的内容包括电路模拟和版图的设计论证,使用的工具是SPICE和第一代IC CAD系统。第一代的IC CAD系统为集成电路设计师提供方便的版图编辑、设计验证和数据转换等功能。

20世纪80年代,MOD工艺发展迅速,一跃成为制作集成电路的主体工艺。这一时期,EDA技术进入了第二代,推出了以原理图为基础的EDA系统,主要是以仿真(逻辑模拟、时序分析和故障分析仿真)和自动布局布线为核心的EDA工具。第二代IC CAD工具和系统为集成电路设计与整机设计、集成电路设计与工艺加工建立联系提供了手段和条件。

20世纪90年代后,EDA技术开始全面支持电子系统设计自动化(Electronics System Design Automation,ESDA)。ESDA的核心是设计前期过程中原来由设计师从事的高层次设计工作由设计工具完成。EDA技术的第三次突破的标志是在用户和设计者之间开发了一种虚拟的设计环境。用户将为他想设计的电子产品选择一个虚拟的原型,然后设计师去确认一种满足用户要求的实现方式。

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