微电子技术综述

微电子技术综述国家ASIC系统工程技术研究中心主要内容IT技术概述微电子技术简介SOC设计技术结束语IT技术概述IT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IT技术将改变我们的…工作学习生活甚至…战争IT技术的基本构架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信息技术的发展趋势地位上升产业融合领域深化WWW*COMWebWirelessWidebandConsumerOpticalMultimedia微电子产业是信息技术的基石微电子技术简介微电子科学技术的战略地位微电子产业和科学技术的发展水平我国微电子产业发展展望微电子技术的发展方向微电子科学技术的战略地位微电子产业规模和科学技术水平已成为衡量一个国家综合实力的重要标志•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%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集成电路1元电子产品10元国民经济产值100~300元微电子——经济发展的基石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普通机床数字化技术改造价格相差10倍集成电路整机系统高附加值在成长期进入市场，增强市场竞争力微电子——经济发展的基石销售额利润利润率Intel公司294亿美元73亿美元24.8%我国中关村一家很著名的以计算机销售生产为主的IT企业200亿人民币5亿人民币2.5%我国的VCD产业2%只有美国芯片企业利润的1/10我国IT企业与Intel公司利润的比较微电子——经济发展的基石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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”微电子对传统产业的渗透与带动作用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%，所节省的电能相当于三座大亚弯核电站的发电量(139亿度/年0500100015002000钢铁彩电集成电路对国民经济的贡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微电子对信息社会的重要性INTERNET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...…INTERNET服务–信息服务:极其大量的各种信息–交易服务: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!”微电子产业的战略重要性市场销售额（10亿美元）市场销售额（10亿美元）手提数据通讯*630超薄显示器*170个人电脑*470IC卡*165移动电话服务*380地面微波广播*160CPU*300DNA生物芯片160数据存储产品*270多用途通讯设备*155磁存储*250半导体设备*150电子商务*250电力交通工具150网络信息服务*230墙壁式超薄电视*145高密度磁存储*230移动电话*140系统集成芯片*210直接引入工具140家庭医疗设备*210ITS设备140互联网*200DNA加工食品135有线电视*200液晶显示器*120智能传输系统190仿制品115代理软件*180燃油汽车1102020年世界最大的30个市场领域：其中与微电子相关的22个市场：5万亿美元（NikkeiBusiness1999）微电子产业和科学技术的发展水平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年世界半导体市场增长预测(亿美元)1997199819992000200120052010总销售额1370134615771846221438728956增长率(%)-1.817.217201515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提高，1992年为11.6%，1996年为16.5%，1999年达到19.4%。预计2000年将达到21.1%，2010年将达到33%。半导体产品在电子产品销售额中所占份额情况表(3-2)半导体产品在电子产品销售额中所占份额年度1992199319941995199619971998199920002010份额（%）11．613．415．719．116．516．917．919．421．133年份1999200020012002200320042005200820112014DRAM半径距（nm）180165150130120110100705035MPU栅长(nm)14012010085-908070654530-3220-22存贮器引入阶段产品代1G2G4G8G64G存贮器生产阶段产品代256M512M1G2G16GMPU芯片功能数（百万晶体管）23.847.695.219053915234308MPU引入阶段芯片面积(mm2)340340372408468536615ASIC百万晶体管/cm2（自动布局）2028405473991333288112000ASIC上升阶段芯片最大面积(mm2)800800800800800800800800800800硅片直径(mm)200200300300300300300300300450在引入阶段DRAM封装后单位比特价（百万分之一美分）4221115.30.66在生产阶段DRAM封装后单位比特价（百万分之一美分）157.63.81.90.24表（3-3）半导体发展计划（SIA1999年版）1999Edition（SIA美EECA欧EIAJ日KSIA南朝鲜TSIA台）我国微电子发展展望0100200300400500600700800199619971998200020052010应用电路数（亿块）我国微电子发展展望010002000300040005000600070008000199619971998200020052010价值总额（亿元）•从2000年到2010年年均增长率为28%我国微电子发展展望未来十年将是我国微电子产业的关键时期！！微电子技术的发展方向特征尺寸继续等比例缩小集成电路(IC)将发展成为系统芯片(SOC)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芯片等特征尺寸继续等比例缩小第一个关键技术：微细加工第二个关键技术：互连技术第三个关键技术：新型器件结构、新型材料体系集成电路－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SOCSystemOnAChip集成电路－SOCIC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IC系统芯片SystemOnAChip(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系统芯片(SOC)与集成电路(IC)的设计思想是不同的，它是微电子技术领域的一场革命。一般意义上的系统集成芯片广义上的系统集成芯片电、光、声、热、磁力等外界信号的采集—各种传感器执行器、显示器等信息输入与模/数传输信息处理信息输出与数/模转换信息存储MEMS技术和DNA芯片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SOC设计技术集成电路走向系统芯片SOC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SOC必须采用从系统行为级开始自顶向下(Top-Down)地设计SOC的优势–嵌入式模拟电路的Core可以抑制噪声问题–嵌入式CPUCore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之间的速度接近集成电路走向系统芯片SOC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0.35m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0.25~0.18m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国内外SoC发展状况集成电路制造工艺已进入超深亚微米（VDSM）阶段，第二代IC-CAD工具已难以胜任系统芯片（System-on-Chip）正在成为集成电路产品的主流超大规模集成电路IP复用（IntellectualPropertyReuse）水平日益提高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集成电路制造业、设计业、封装业相对游离集成电路设计危机SOC的三大支持技术软硬件协同设计：Co-DesignIP技术Module(Interface)综合技术软硬件Co-Design面向各种系统的功能划分理论(FunctionPartationTheory)•计算机•通讯•压缩解压缩•加密与解密IP技术软IP核：SoftIP(行为描述)固IP核：FirmIP(门级描述，网单)硬IP核：HardIP(版图)•通用模块–CMOSDRAM–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IP技术发展集成电路设计的内容关键电子信息产品核心芯片的开发超大规模集成电路IP核的开发系统芯片(SoC)设计方法及关键工艺技术超大规模集成电路设计产业化环境建设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–高性能网络通信类芯片；–信息安全类芯片；–消费电子产品类芯片；–具有标志性的百万门级超大规模集成电路芯片。超大规模集成电路IP核的开发超大规模集成电路IP核的开发–嵌入式微处理器类–嵌入式存储器类–嵌入式混合信号电路类–嵌入式射频电路类–嵌入式总线电路和接口电路类–嵌入式可编程逻辑电路类–嵌入式智能功率电路类系统芯片(SoC)设计方法及关键工艺技术系统芯片（SoC）设计方及关键工艺技术–系统芯片（SoC）设计方法及其工具开发•软/硬件协同设计和验证技术•集成电路IP核接口、标准及相关设计技术•超深亚微米（VDSM）集成电路设计关键技术–系统芯片(SoC)相关关键工艺技术•数模混合电路兼容工艺技术和嵌入式电路制造技术；•SOI超深亚微米CMOS电路、Si/GeSi基异质结电路等新结构电路•超深亚微米CMOS器件结构与SoC相关的可靠性设计和制造技术超大规模集成电路设计产业化环境建设超大规模集成电路设计产业化环境建设–国家级集成电路设计产业化基地建设–多项目圆片（MPW）服务体系建设–国家级超大规模集成电路IP核库建设设立国家集成电路IP管理与服务中心结束语50004000300020001000010002000300