微电子技术综述优秀课件

1、1微电子技术综述国家ASIC系统工程技术研究中心2主 要 内 容nIT技术概述n微电子技术简介nSOC 设计技术n结束语3IT技术概述4IT在现代社会中的地位工业社会农业社会后工业社会后工业社会就是信息社会5IT 技术将改变我们的工工 作作学学 习习生生 活活甚至甚至战战 争争6IT 技术的基本构架微电子技术微电子技术软件 技术ComputerCommunicationConsumer以INTERNET为核心的信息共享，处理，存储，交换的平台 基于信息共享与流动的应用7信息技术的发展趋势地地 位位 上上 升升产产 业业 融融 合合领领 域域 深深 化化WWW*COMWebWirelessWid

2、ebandConsumerOpticalMultimedia微电子产业是信息技术的基石微电子产业是信息技术的基石8微电子技术简介n微电子科学技术的战略地位n微电子产业和科学技术的发展水平n我国微电子产业发展展望n微电子技术的发展方向9微电子科学技术的战略地位 国民经济的当代“食物链”关系 进入信息化社会的判据：半导体产值占工农业总产值的0.5%n国家安全的保障 未来信息战的核心和关键是集成电路芯片 不发展微电子技术难圆强国之梦1011微电子经济发展的基石n电子装备更新换代都基于微电子技术的进步，其灵巧（Smart）的程度都依赖于集成电路芯片的“智慧”程度和使用程度数控机床数控机床普通机床普通机

3、床数字化技术改造数字化技术改造价格相差价格相差10倍倍集成集成电路电路整机系统整机系统高附加值高附加值在成长期进入在成长期进入市场，增强市市场，增强市场竞争力场竞争力12微电子经济发展的基石 销售额销售额 利润利润 利润率利润率 Intel公司公司 294亿亿美元美元 73亿亿 美元美元 24.8% 我国中关村一家我国中关村一家很著名的以计算很著名的以计算机销售生产为主机销售生产为主的的IT企业企业 200亿亿人民币人民币 5亿亿 人民币人民币 2.5% 我国的我国的VCD产业产业 2% 只有美国芯片企只有美国芯片企业利润的业利润的1/10 我国我国IT企业与企业与Intel公司利润的比较公司

4、利润的比较13微电子经济发展的基石n不发展集成电路产业，IT行业只能停留在装配业水平上，挣的是“辛苦钱”， 在国际分工中只能处于低附加值的低端上n国外有人戏称说：“你们说中关村是硅谷，但是一个无“芯”的硅谷，产品不可能有竞争力”14微电子对传统产业的渗透与带动作用n几乎所有的传统产业与微电子技术结合，用集成电路芯片进行智能改造，都可以使传统产业重新焕发青春 全国各行业的风机、水泵的总耗电量约占了全国发电量的30%，仅仅对风机、水泵采用变频调速等电子技术进行改造，每年即可节电500亿度以上，相当于三个葛洲坝电站的发电量(157亿度/年) 对白炽灯进行高效节能改造，并假设推广应用30%，所节省的电

5、能相当于三座大亚弯核电站的发电量(139亿度/年150 0500500100010001500150020002000钢铁钢铁彩电彩电集成电路集成电路对国民经济的贡对国民经济的贡献率献率没有微电子的电子工业只能是劳动密集型的组装业，不能形成高附加值的知识经济，中国的硅谷将是无芯的硅谷16微电子对信息社会的重要性nINTERNET基础设施 各种各样的网络：电缆、光纤(光电子)、无线 . 路由和交换技术：路由器、交换机、防火墙、网关 . 终端设备：PC、NetPC、WebTV . 网络基础软件：TCP/IP、DNS、LDAP、DCE .nINTERNET服务 信息服务: 极其大量的各种信息 交易服

6、务: 高可靠、高保密 . 计算服务: “网络就是计算机 !”, “计算机成了网络的外部设备 !”17微电子产业的战略重要性市场市场 销售额销售额 （1010 亿美元）亿美元） 市场市场 销售额销售额 （1010 亿美元）亿美元） 手提数据通讯手提数据通讯* * 630630 超薄显示器超薄显示器* * 170170 个人电脑个人电脑* * 470470 ICIC 卡卡* * 165165 移动电话服务移动电话服务* * 380380 地面微波广播地面微波广播* * 160160 CPU*CPU* 300300 DNADNA 生物芯片生物芯片 160160 数据存储产品数据存储产品* * 270

7、270 多用途通讯设备多用途通讯设备* * 155155 磁存储磁存储* * 250250 半导体设备半导体设备* * 150150 电子商务电子商务* * 250250 电力交通工具电力交通工具 150150 网络信息服务网络信息服务* * 230230 墙壁式超薄电视墙壁式超薄电视* * 145145 高密度磁存储高密度磁存储* * 230230 移动电话移动电话* * 140140 系统集成芯片系统集成芯片* * 210210 直接引入直接引入工具工具 140140 家庭医疗设备家庭医疗设备* * 210210 ITSITS 设备设备 140140 互联网互联网* * 200200 DN

8、ADNA 加工食品加工食品 135135 有线电视有线电视* * 200200 液晶显示器液晶显示器* * 120120 智能传输系统智能传输系统 190190 仿制品仿制品 115115 代理软件代理软件* * 180180 燃油汽车燃油汽车 110110 2020年世界最大的年世界最大的30个市场领域：其中与个市场领域：其中与微电子相关的微电子相关的22个市场：个市场：5万亿美元（万亿美元（Nikkei Business 1999）18微电子产业和科学技术的发展水平n大约十年为一周期，自1996年以来的半导体衰退期到1998年底已经基本过去，今后十年将是一个新的增长期1998 2010年年

9、世世界界半半导导体体市市场场增增长长预预测测(亿亿美美元元) 1997 1998 1999 2000 2001 2005 2010 总总销销售售额额 1370 1346 1577 1846 2214 3872 8956 增增长长率率(%) -1.8 17.2 17 20 15 15 19微电子产业和科学技术的发展水平随着科学技术的进步，半导体产品销售额占电子产品销售额中的份额逐年随着科学技术的进步，半导体产品销售额占电子产品销售额中的份额逐年提高，提高，1992 年为年为 11.6%，1996 年为年为 16.5%，1999 年达到年达到 19.4%。预计。预计 2000年将达到年将达到 21

10、.1%，2010 年将达到年将达到 33%。半导体产品在电子产品销售额中所占。半导体产品在电子产品销售额中所占份额情况份额情况 表表(3-2) 半导体产品在电子产品销售额中所占份额半导体产品在电子产品销售额中所占份额 年度年度 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2010 份额（份额（%） 116 134 157 191 165 169 179 194 211 33 20年份年份1999200020012002200320042005200820112014DRAM半径距半径距（nm）180165150130120110100705035M

11、PU栅长栅长(nm908070654530-3220-22存贮器引入阶段存贮器引入阶段产品代产品代1G2G4G8G64G存贮器生产阶段存贮器生产阶段产品代产品代256M512M1G2G16GMPU芯片功能数芯片功能数（百万晶体管）（百万晶体管）23.847.695.219053915234308MPU引入阶段芯引入阶段芯片面积片面积(mm2)340340372408468536615ASIC百万晶体管百万晶体管/cm2（自动布（自动布局）局）2028405473991333288112000ASIC上升阶段芯上升阶段芯片最大面积片最大面积(mm2)8008008008

12、00800800800800800800硅片直径硅片直径(mm)200200300300300300300300300450在引入阶段在引入阶段DRAM封装后单封装后单位比特价（百万位比特价（百万分之一美分）分之一美分）4221115.30.66在生产阶段在生产阶段DRAM封装后单封装后单位比特价（百万位比特价（百万分之一美分）分之一美分）0.24 表（3 - 3） 半 导体发展计划（S I A 1 9 9 9 年版）1999 Edition （ SIA美美 EECA欧欧 EIAJ日日 KSIA南朝鲜南朝鲜 TSIA台）台）21我国微电子发展展望0 01001002002

13、00300300400400500500600600700700800800199619961997199719981998200020002005200520102010应用电路数（亿块）应用电路数（亿块）22我国微电子发展展望0 01000100020002000300030004000400050005000600060007000700080008000199619961997199719981998200020002005200520102010价值总额（亿元）价值总额（亿元）从从2000年到年到2010年年均增长率为年年均增长率为28%23我国微电子发展展望n未来十年将是我国微电子

14、产业的关键时期！24微电子技术的发展方向n特征尺寸继续等比例缩小n集成电路(IC)将发展成为系统芯片(SOC)n微电子技术与其它领域相结合将产生新的产业和新的学科，例如MEMS、DNA芯片等25特征尺寸继续等比例缩小n第一个关键技术：微细加工n第二个关键技术：互连技术n第三个关键技术：新型器件结构、新型材料体系26集成电路SOC解调/纠错传输反向多路器MPEG解码DRAMDRAM声频接口视频接口IBMCPUSTBPSCIIEEE1284GPIO,etcDRAM卫星/电缆第二代将来第三代SOCSystem On A Chip27集成电路SOC分分立立元元件件集成集成电路电路 I C 系系 统统

15、芯芯 片片System On A Chip(简称简称SOC)将整个系统集成在将整个系统集成在一个一个微电子芯片上微电子芯片上在需求牵引和技术在需求牵引和技术推动的双重作用下推动的双重作用下系统芯片系统芯片(SOC)与集成与集成电路电路(IC)的设计思想是的设计思想是不同的，它是微电子技不同的，它是微电子技术领域的一场革命。术领域的一场革命。28 一般意义上的系统集成芯片一般意义上的系统集成芯片 广义上的系统集成芯片广义上的系统集成芯片电 、 光电 、 光、 声 、 声 、热 、 磁热 、 磁力 等 外力 等 外界 信 号界 信 号的 采 集的 采 集 各 种各 种传感器传感器执执行行器器、显显

16、示示器器等等信 息 输信 息 输入与模入与模/数传输数传输信信息息处处理理信 息 输信 息 输出与数出与数/模转换模转换信息存储信息存储29MEMS技术和DNA芯片n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) ：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30SOC 设计技术31集成电路走向系统芯片nSOC是从整个系统的角度出发，把处理机制、模型算法、芯片结构、各层次电路直至器件的设计紧密结合起来，在单个芯片上完成整个系统的功能nSOC必须采用从系统行为级开始自顶向下(Top-Down)地设计nSOC的优势 嵌

17、入式模拟电路的Core可以抑制噪声问题 嵌入式CPU Core可以使设计者有更大的自由度 降低功耗，不需要大量的输出缓冲器 使DRAM和CPU之间的速度接近32集成电路走向系统芯片nSOC与IC组成的系统相比，由于SOC能够综合并全盘考虑整个系统的各种情况，可以在同样的工艺技术条件下实现更高性能的系统指标 若采用IS方法和0.35m工艺设计系统芯片，在相同的系统复杂度和处理速率下，能够相当于采用0.25 0.18m工艺制作的IC所实现的同样系统的性能 与采用常规IC方法设计的芯片相比，采用SOC完成同样功能所需要的晶体管数目可以有数量级的降低33国内外SoC发展状况n集成电路制造工艺已进入超深

18、亚微米（VDSM）阶段，第二代IC-CAD工具已难以胜任n系统芯片（System-on-Chip）正在成为集成电路产品的主流n超大规模集成电路IP复用（Intellectual Property Reuse）水平日益提高n超大规模集成电路设计技术滞后于工艺水平、设计工具滞后于设计能力n集成电路制造业、设计业、封装业相对游离34集成电路设计危机35SOC的三大支持技术n软硬件协同设计：Co-DesignnIP技术nModule (Interface)综合技术36软硬件Co-Designn面向各种系统的功能划分理论(Function Partation Theory) 计算机计算机 通讯通讯 压缩

19、解压缩压缩解压缩 加密与解密加密与解密37IP技术n软IP核：Soft IP (行为描述)n固IP核：Firm IP (门级描述，网单)n硬IP核：Hard IP(版图) 通用模块CMOS DRAM数模混合：D/A、A/D深亚微米电路优化设计：在模型模拟的基础上，对速度、功耗、可靠性等进行优化设计最大工艺荣差设计：与工艺有最大的容差38IP技术39发展集成电路设计的内容n关键电子信息产品核心芯片的开发n超大规模集成电路IP核的开发n系统芯片(SoC)设计方法及关键工艺技术n超大规模集成电路设计产业化环境建设40关键电子信息产品核心芯片的开发n关键电子信息产品核心芯片的开发关键电子信息产品核心芯片的开发