專用集成電路Chapter2_專用集成電路概念與設(shè)計(jì)流程

1、第二講第二講專用集成電路概念及設(shè)計(jì)流程ASIC Chapter 2信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院2/55專用集成電路(IC)概念 通用集成電路:市場(chǎng)上能買得到的 IC 專用集成電路 (ASIC)市場(chǎng)上買不到、需要自己設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的 ICASIC Chapter 2信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院3/55半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的主要產(chǎn)品分類半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的主要產(chǎn)品分類分為四大類：分為四大類： 05-07年全球半導(dǎo)體產(chǎn)品銷售比例年全球半導(dǎo)體產(chǎn)品銷售比例200520062007集成電路集成電路( IC, 通用、專用通用、專用)84.884.585.4分立器件分立器件(Discrete)7.16.76.4光電器

2、件光電器件(Optoelectronic)6.1 6.66.3%傳感器傳感器 (Sensors)2.02.21.9集成電路、集成電路、 分立器件、分立器件、光電器件、光電器件、傳感器傳感器ASIC Chapter 2信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院4/55一、通用集成電路的四種產(chǎn)品形態(tài)一、通用集成電路的四種產(chǎn)品形態(tài)1. 微器件（微器件（Micro Device）2. 存儲(chǔ)器（存儲(chǔ)器（Memory）3. 邏輯電路（邏輯電路（Logic）4. 模擬電路（模擬電路（Analog）ASIC Chapter 2信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院5/55一、通用集成電路的四種產(chǎn)品形態(tài)一、通用集成電路

3、的四種產(chǎn)品形態(tài) 1. 微器件（微器件（Micro Device）1.1 微處理器（微處理器（MPU） 通用型通用型、嵌入式型嵌入式型1.2 微控制器（微控制器（MCU） 4、8、16、32位1.3 數(shù)字信號(hào)處理器（數(shù)字信號(hào)處理器（DSP） 通用型通用型、嵌入式型嵌入式型2. 存儲(chǔ)器（存儲(chǔ)器（Memory）3. 邏輯電路（邏輯電路（Logic）4. 模擬電路（模擬電路（Analog）ASIC Chapter 2信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院6/55微處理器微處理器（MPU） 通用型通用型微處理器微處理器 PC機(jī)或工作站、服務(wù)器等的機(jī)或工作站、服務(wù)器等的CPU，具有具有 高壟斷、高技術(shù)、高利

4、潤(rùn)、高風(fēng)險(xiǎn)高壟斷、高技術(shù)、高利潤(rùn)、高風(fēng)險(xiǎn) 等特征。等特征。 嵌入式型嵌入式型微處理器微處理器 嵌入式嵌入式CPU的基礎(chǔ)還是通用型的基礎(chǔ)還是通用型CPU，本質(zhì)上，本質(zhì)上與通用與通用CPU的區(qū)別不大。的區(qū)別不大。 為迎合不同的應(yīng)用，只保留與具體應(yīng)用相關(guān)為迎合不同的應(yīng)用，只保留與具體應(yīng)用相關(guān)的功能，去除冗余的功能。的功能，去除冗余的功能。ASIC Chapter 2信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院7/55通用型微處理器通用型微處理器高壟斷：高壟斷：整個(gè)行業(yè)的整個(gè)行業(yè)的PC市場(chǎng)基本被市場(chǎng)基本被Intel、AMD兩家所控兩家所控制，制，Sun、IBM等少數(shù)公司只能分享工作站與服務(wù)器領(lǐng)域等少數(shù)公司只能

5、分享工作站與服務(wù)器領(lǐng)域的一部分市場(chǎng)。的一部分市場(chǎng)。高技術(shù)：高技術(shù)：通用通用CPU強(qiáng)烈追求功能的強(qiáng)大和頻率的提高，強(qiáng)烈追求功能的強(qiáng)大和頻率的提高， 對(duì)對(duì)最先進(jìn)的最先進(jìn)的IC工藝需求十分迫切，高端工藝需求十分迫切，高端CPU已進(jìn)入已進(jìn)入45 nm工工藝制程。繼續(xù)縮小加工尺寸將遇到漏電流增大及互連線延藝制程。繼續(xù)縮小加工尺寸將遇到漏電流增大及互連線延時(shí)問題，因而轉(zhuǎn)向通過改變體系框架發(fā)展多核時(shí)問題，因而轉(zhuǎn)向通過改變體系框架發(fā)展多核CPU來達(dá)到來達(dá)到目標(biāo)。目標(biāo)。高利潤(rùn)：高利潤(rùn)：以以Intel處理器為例，其產(chǎn)品享受著處理器為例，其產(chǎn)品享受著3040%的高的高額利潤(rùn)，而像戴爾這樣的計(jì)算機(jī)公司，卻只有額利潤(rùn)，

6、而像戴爾這樣的計(jì)算機(jī)公司，卻只有5的利潤(rùn)。的利潤(rùn)。高風(fēng)險(xiǎn)：高風(fēng)險(xiǎn)：高技術(shù)意味著新的企業(yè)如果想進(jìn)入這個(gè)行業(yè)，必高技術(shù)意味著新的企業(yè)如果想進(jìn)入這個(gè)行業(yè)，必然承受高風(fēng)險(xiǎn)這個(gè)代價(jià)。然承受高風(fēng)險(xiǎn)這個(gè)代價(jià)。ASIC Chapter 2信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院8/55嵌入式嵌入式CPU 嵌入式嵌入式CPU主要用于消費(fèi)類家電、汽車電主要用于消費(fèi)類家電、汽車電子、工業(yè)設(shè)備等，是一個(gè)應(yīng)用高度分散，子、工業(yè)設(shè)備等，是一個(gè)應(yīng)用高度分散，不斷創(chuàng)新的產(chǎn)業(yè)。不斷創(chuàng)新的產(chǎn)業(yè)。 與通用與通用CPU領(lǐng)域的領(lǐng)域的“獨(dú)大獨(dú)大”局面不同，嵌局面不同，嵌入式入式CPU呈現(xiàn)的是一個(gè)百家爭(zhēng)鳴的形態(tài)。呈現(xiàn)的是一個(gè)百家爭(zhēng)鳴的形態(tài)。

7、與通用型與通用型CPU主要使用主要使用x86或或PowerPC兩兩類核心架構(gòu)相比，嵌入式類核心架構(gòu)相比，嵌入式CPU常見的核心常見的核心架構(gòu)還包括架構(gòu)還包括MIPS、ARM、SuperH等等。ASIC Chapter 2信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院9/55一、通用集成電路的四種產(chǎn)品形態(tài)一、通用集成電路的四種產(chǎn)品形態(tài) 1. 微器件（微器件（Micro Device）1.1 微處理器（微處理器（MPU） 通用型通用型、嵌入式型嵌入式型1.2 微控制器（微控制器（MCU） 4、8、16、32位1.3 數(shù)字信號(hào)處理器（數(shù)字信號(hào)處理器（DSP） 通用型通用型、嵌入式型嵌入式型2. 存儲(chǔ)器（存儲(chǔ)器

8、（Memory）3. 邏輯電路（邏輯電路（Logic）4. 模擬電路（模擬電路（Analog）ASIC Chapter 2信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院10/551.2 微控制器（微控制器（MCU） MCU是各種自動(dòng)控制系統(tǒng)的核心， 是最早的SoC，它將CPU、RAM、ROM、定時(shí)器、I/O接口和外圍電路整合在單一芯片上，形成系統(tǒng)級(jí)芯片。 對(duì)系統(tǒng)的顯示器、鍵盤、傳感器顯示器、鍵盤、傳感器等外圍進(jìn)行控制。 市場(chǎng)的產(chǎn)品生命周期很長(zhǎng)（汽車中3到10年，家電中5年）。運(yùn)用的軟件及操作系統(tǒng)也不太會(huì)更換，這些都有別于MPU市場(chǎng)。ASIC Chapter 2信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院11/5

9、5 4、8、16、32位元位元MCU市場(chǎng)出貨量市場(chǎng)出貨量數(shù)據(jù)來源：In-StatASIC Chapter 2信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院12/55一、通用集成電路的四種產(chǎn)品形態(tài)一、通用集成電路的四種產(chǎn)品形態(tài) 1. 微器件（微器件（Micro Device）1.1 微處理器（微處理器（MPU） 通用型通用型、嵌入式型嵌入式型1.2 微控制器（微控制器（MCU） 4、8、16、32位1.3 數(shù)字信號(hào)處理器（數(shù)字信號(hào)處理器（DSP） 通用型通用型、嵌入式型嵌入式型2. 存儲(chǔ)器（存儲(chǔ)器（Memory）3. 邏輯電路（邏輯電路（Logic）4. 模擬電路（模擬電路（Analog）ASIC Cha

10、pter 2信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院13/55數(shù)字信號(hào)處理器（數(shù)字信號(hào)處理器（DSP） 與微處理器分類一樣，與微處理器分類一樣，DSP也分為也分為通用通用DSP與與嵌入式嵌入式DSP兩類兩類。 通用通用DSP的主要市場(chǎng)在于通信應(yīng)用。的主要市場(chǎng)在于通信應(yīng)用。 嵌入式嵌入式DSP則應(yīng)用廣泛，包括則應(yīng)用廣泛，包括DVD播放機(jī)、播放機(jī)、機(jī)頂盒、音視頻接收設(shè)備、機(jī)頂盒、音視頻接收設(shè)備、MP3播放器、數(shù)播放器、數(shù)碼相機(jī)和汽車電子等。碼相機(jī)和汽車電子等。ASIC Chapter 2信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院14/55一、通用集成電路的四種產(chǎn)品形態(tài)一、通用集成電路的四種產(chǎn)品形態(tài)1. 微器

11、件（微器件（Micro Device）1.1 微處理器（微處理器（MPU）1.2 微控制器（微控制器（MCU）1.3 數(shù)字信號(hào)處理器（數(shù)字信號(hào)處理器（DSP）2. 存儲(chǔ)器（存儲(chǔ)器（Memory）2.1 DRAM2.2 FLASH3. 邏輯電路（邏輯電路（Logic）4. 模擬電路（模擬電路（Analog）ASIC Chapter 2信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院15/55存儲(chǔ)器（存儲(chǔ)器（Memory） 最為體現(xiàn)半導(dǎo)體先進(jìn)制程和經(jīng)營(yíng)規(guī)模效應(yīng)的產(chǎn)品最為體現(xiàn)半導(dǎo)體先進(jìn)制程和經(jīng)營(yíng)規(guī)模效應(yīng)的產(chǎn)品 是一種最通用的商品，價(jià)格對(duì)供求變化的敏感性非是一種最通用的商品，價(jià)格對(duì)供求變化的敏感性非常高，波動(dòng)幅度

12、極大。常高，波動(dòng)幅度極大。 資金需求大、工藝技術(shù)要求先進(jìn)，產(chǎn)業(yè)變動(dòng)起伏不資金需求大、工藝技術(shù)要求先進(jìn)，產(chǎn)業(yè)變動(dòng)起伏不易控制易控制 市場(chǎng)特點(diǎn)決定需要很大規(guī)模的制造和量產(chǎn)能力，市場(chǎng)特點(diǎn)決定需要很大規(guī)模的制造和量產(chǎn)能力， 是半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)中最不穩(wěn)定的市場(chǎng)，是制造商和投資是半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)中最不穩(wěn)定的市場(chǎng)，是制造商和投資者眼中的高風(fēng)險(xiǎn)業(yè)務(wù)。存儲(chǔ)器制造廠商經(jīng)營(yíng)壓力沉者眼中的高風(fēng)險(xiǎn)業(yè)務(wù)。存儲(chǔ)器制造廠商經(jīng)營(yíng)壓力沉重，但效益也是半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)中最高的。重，但效益也是半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)中最高的。ASIC Chapter 2信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院16/55DRAM DRAM存儲(chǔ)器起源于存儲(chǔ)器起源于Intel公司，后日本、

13、韓國(guó)及公司，后日本、韓國(guó)及中國(guó)臺(tái)灣紛紛以此為切入點(diǎn)進(jìn)入中國(guó)臺(tái)灣紛紛以此為切入點(diǎn)進(jìn)入IC產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域，迄產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域，迄今為止依然是這些國(guó)家和地區(qū)的主打產(chǎn)品。今為止依然是這些國(guó)家和地區(qū)的主打產(chǎn)品。 因?yàn)槿毡酒髽I(yè)的逐漸強(qiáng)大，因?yàn)槿毡酒髽I(yè)的逐漸強(qiáng)大，Intel在在1985年宣布退出存年宣布退出存儲(chǔ)器領(lǐng)域，轉(zhuǎn)而集中發(fā)展微處理器。儲(chǔ)器領(lǐng)域，轉(zhuǎn)而集中發(fā)展微處理器。 因?yàn)槿毡敬鎯?chǔ)器產(chǎn)業(yè)的強(qiáng)大，使得因?yàn)槿毡敬鎯?chǔ)器產(chǎn)業(yè)的強(qiáng)大，使得1988年日本位居全年日本位居全球半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)之首，獨(dú)占世界市場(chǎng)球半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)之首，獨(dú)占世界市場(chǎng)50以上，并維持以上，并維持 7年之久。年之久。 同樣因?yàn)轫n、臺(tái)在同樣因?yàn)轫n、臺(tái)在DRAM領(lǐng)域的相繼

14、崛起，美國(guó)稱霸領(lǐng)域的相繼崛起，美國(guó)稱霸微處理器領(lǐng)域，導(dǎo)致日本在世界半導(dǎo)體市場(chǎng)上的地位微處理器領(lǐng)域，導(dǎo)致日本在世界半導(dǎo)體市場(chǎng)上的地位又逐漸下降，近年已僅占又逐漸下降，近年已僅占20。ASIC Chapter 2信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院17/55DRAM現(xiàn)狀現(xiàn)狀美國(guó)美國(guó) TI、Motorola已完全退出已完全退出DRAM存儲(chǔ)器產(chǎn)業(yè)，存儲(chǔ)器產(chǎn)業(yè)，IBM亦淡出，僅剩下全球市占率亦淡出，僅剩下全球市占率第四第四的美光的美光（Micron）獨(dú)撐大局）獨(dú)撐大局日本日本 東芝、富士通、日立等均退出東芝、富士通、日立等均退出DRAM市場(chǎng)，日立市場(chǎng)，日立與與NEC整合成立爾必達(dá)（整合成立爾必達(dá)（Elp

15、ida）公司，成為全）公司，成為全球球第五第五大大存儲(chǔ)器廠商。存儲(chǔ)器廠商。歐洲歐洲 僅剩下德國(guó)的英飛凌僅剩下德國(guó)的英飛凌(Infineon)，市場(chǎng)占有率，市場(chǎng)占有率2000年年 竄升至第四。竄升至第四。06年剝離其存儲(chǔ)器事業(yè)部年剝離其存儲(chǔ)器事業(yè)部門成立門成立Qimonda，為全球，為全球第三第三大大廠。廠。韓國(guó)韓國(guó) DRAM位居全球位居全球首位首位。三星蟬聯(lián)。三星蟬聯(lián)冠軍冠軍?，F(xiàn)代及?，F(xiàn)代及LG合并而成的合并而成的Hynix，是全球，是全球DRAM第二第二大大廠。廠。臺(tái)灣臺(tái)灣 也有也有4家公司入圍世界家公司入圍世界10大大DRAM公司之列。公司之列。ASIC Chapter 2信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)

16、院信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院18/55Flash(閃存閃存) 是一種非易失（非揮發(fā)）性存儲(chǔ)器，用于是一種非易失（非揮發(fā)）性存儲(chǔ)器，用于 數(shù)碼相機(jī)數(shù)碼相機(jī) MP3 移動(dòng)電話移動(dòng)電話 移動(dòng)多媒體等移動(dòng)多媒體等 目前已采用目前已采用45納米工藝制程，其基本存儲(chǔ)單納米工藝制程，其基本存儲(chǔ)單元為疊柵型元為疊柵型CMOS結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)。 電路形式為電路形式為NAND 和和 NORASIC Chapter 2信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院19/55一、通用集成電路的四種產(chǎn)品形態(tài)一、通用集成電路的四種產(chǎn)品形態(tài)1. 微器件（微器件（Micro Device）1.1 微處理器（微處理器（MPU）1.2 微控制器（微控制

17、器（MCU）1.3 數(shù)字信號(hào)處理器（數(shù)字信號(hào)處理器（DSP）2. 存儲(chǔ)器（存儲(chǔ)器（Memory）2.1 DRAM2.2 FLASH3. 邏輯電路（邏輯電路（Logic）4. 模擬電路（模擬電路（Analog）ASIC Chapter 2信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院20/55邏輯電路邏輯電路 邏輯電路扮演著邏輯電路扮演著IC中第一大門類的角色。中第一大門類的角色。 提供提供數(shù)據(jù)通信、信號(hào)處理、數(shù)據(jù)顯示、電路接口、數(shù)據(jù)通信、信號(hào)處理、數(shù)據(jù)顯示、電路接口、定時(shí)和控制定時(shí)和控制操作以及系統(tǒng)運(yùn)行所需要的其它功能操作以及系統(tǒng)運(yùn)行所需要的其它功能 邏輯電路主要包括邏輯電路主要包括 通用邏輯電路（與非

18、、或非、倒相器、通用邏輯電路（與非、或非、倒相器、DFF、MUX） 現(xiàn)場(chǎng)可編程邏輯器件（現(xiàn)場(chǎng)可編程邏輯器件（FPLD,CPLD） 數(shù)字雙極電路數(shù)字雙極電路邏輯電路邏輯電路 與與存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器、微處理器微處理器 一同構(gòu)成了三種一同構(gòu)成了三種 基本的基本的數(shù)字電路數(shù)字電路類型。類型。ASIC Chapter 2信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院21/55一、通用集成電路的四種產(chǎn)品形態(tài)一、通用集成電路的四種產(chǎn)品形態(tài)1. 微器件（微器件（Micro Device）1.1 微處理器（微處理器（MPU）1.2 微控制器（微控制器（MCU）1.3 數(shù)字信號(hào)處理器（數(shù)字信號(hào)處理器（DSP）2. 存儲(chǔ)器（存儲(chǔ)器

19、（Memory）2.1 DRAM2.2 FLASH3. 邏輯電路（邏輯電路（Logic）4. 模擬電路（模擬電路（Analog）ASIC Chapter 2信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院22/55模擬電路模擬電路 模擬電路是指處理連續(xù)性的光、聲音、溫度、速度等自模擬電路是指處理連續(xù)性的光、聲音、溫度、速度等自然模擬信號(hào)的集成電路產(chǎn)品。然模擬信號(hào)的集成電路產(chǎn)品。 常用模擬常用模擬 IC 電源系列（電源系列（AC/DC, DC/DC, LDO ） 運(yùn)算放大器（運(yùn)算放大器（OPA） 比較器（比較器（Comparator） 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換接口（數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換接口（ADC, DAC） 功放（功放（PA） 模擬

20、濾波器（模擬濾波器（Filter） 模擬開關(guān)（模擬開關(guān)（Switch） 功率驅(qū)動(dòng)功率驅(qū)動(dòng)IC（Driver）ASIC Chapter 2信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院23/55模擬電路產(chǎn)品特點(diǎn)模擬電路產(chǎn)品特點(diǎn) 品種多、生命周期長(zhǎng)、技術(shù)含量高、輔助設(shè)計(jì)工品種多、生命周期長(zhǎng)、技術(shù)含量高、輔助設(shè)計(jì)工具少、測(cè)試周期長(zhǎng)。具少、測(cè)試周期長(zhǎng)。 數(shù)字?jǐn)?shù)字IC強(qiáng)調(diào)運(yùn)算速度與成本，強(qiáng)調(diào)運(yùn)算速度與成本，模擬模擬IC強(qiáng)調(diào)高信噪強(qiáng)調(diào)高信噪比、低失真、低功耗和穩(wěn)定性。比、低失真、低功耗和穩(wěn)定性。 主要的工藝有主要的工藝有CMOS，BiCMOS和和BCD工藝，在工藝，在高頻領(lǐng)域還有高頻領(lǐng)域還有SiGe和和GaAs工藝

21、。工藝。 模擬電路市場(chǎng)增長(zhǎng)穩(wěn)定，波動(dòng)小，企業(yè)一般擁有模擬電路市場(chǎng)增長(zhǎng)穩(wěn)定，波動(dòng)小，企業(yè)一般擁有持續(xù)獲利的前景。持續(xù)獲利的前景。 TI、ST、NXP、Infineon和和 ADI 一直占據(jù)著全球一直占據(jù)著全球五大供應(yīng)商位置。五大供應(yīng)商位置。ASIC Chapter 2信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院24/55二、專用集成電路及其發(fā)展趨勢(shì)二、專用集成電路及其發(fā)展趨勢(shì) 新電路的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 對(duì)已有電路或系統(tǒng)的集成改造 體積縮小 重量減輕 性能提高 成本降低 保密性增強(qiáng) ASIC的進(jìn)一步發(fā)展，以及IP核的復(fù)用技術(shù)，促成了SoC (System on a Chip) 的問世以及SiP (System

22、in a package) 概念的提出。 PDP數(shù)字電視顯示器行掃描驅(qū)動(dòng)芯片數(shù)字電視顯示器行掃描驅(qū)動(dòng)芯片ASIC Chapter 2信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院26/55 333整體電路圖整體電路圖高壓輸出高壓輸出高低壓轉(zhuǎn)換高低壓轉(zhuǎn)換移位鎖存移位鎖存ASIC Chapter 2信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院27/55高壓輸出電路部分高壓輸出電路部分ASIC Chapter 2信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院28/55 高低壓轉(zhuǎn)換接口電路高低壓轉(zhuǎn)換接口電路ASIC Chapter 2信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院29/55 移位寄存器和鎖存器移位寄存器和鎖存器ASIC C

23、hapter 2信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院30/55整體版圖整體版圖ABCASIC Chapter 2信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院31/55高壓輸出電路版圖高壓輸出電路版圖ASIC Chapter 2信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院32/55高低壓轉(zhuǎn)換接口部分的版圖高低壓轉(zhuǎn)換接口部分的版圖ASIC Chapter 2信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院33/55移位寄存器和鎖存器版圖移位寄存器和鎖存器版圖ASIC Chapter 2信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院34/55移位寄存器和鎖存器的放大版圖（移位寄存器和鎖存器的放大版圖（1千倍）千倍）ASIC Chapte

24、r 2信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院35/55三、常用半導(dǎo)體制造工藝 IC制造工藝 數(shù)字IC電路（ CMOS工藝） 模擬IC電路（Bipolar工藝、CMOS工藝） 數(shù)?；旌闲盘?hào)IC電路（ CMOS、BiCMOS工藝） 功率IC電路（ BCD工藝，SOI工藝） ASIC制造常用工藝（um） 標(biāo)準(zhǔn)CMOS工藝 (0.5, 0.35, 0.18, 0.13, 65nm)ASIC Chapter 2信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院36/55四、ASIC設(shè)計(jì)流程 特殊器件的設(shè)計(jì)流程 (Device 工藝) 模擬電路設(shè)計(jì)流程 (Analog 工藝) 數(shù)字電路設(shè)計(jì)流程（Logic 工藝） 數(shù)/模

25、混合電路設(shè)計(jì)流程 (Mixed-signal 工藝)ASIC Chapter 2信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院37/55特殊器件的設(shè)計(jì)流程ASIC Chapter 2信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院38/55常用的TCAD軟件工具 所屬公司工藝仿真器件仿真特點(diǎn)SynopsysTsuprem4 Medici國(guó)內(nèi)業(yè)界廣泛使用ISE(瑞士)被Synopsys 公司收購DIOSMDRAW，器件生成DESSIS，器件仿真國(guó)外業(yè)界廣泛使用SILVACOAthenaAtlas圖形界面操作簡(jiǎn)單易學(xué)SentaurusSynopsysProcess Structure Editor Device 提供模

26、型參數(shù)數(shù)據(jù)庫和小尺寸模型 ASIC Chapter 2信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院39/55 模擬模擬IC設(shè)計(jì)流程設(shè)計(jì)流程ASIC Chapter 2信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院40/55 公司CadenceSynopsysMentor GraphicsSpringSoft電路圖仿真SpectreHspice版圖繪制Virtuoso版圖驗(yàn)證及參數(shù)提取DivaDraculaAssuraCalibreLaker模擬集成電路設(shè)計(jì)常用工具模擬集成電路設(shè)計(jì)常用工具ASIC Chapter 2信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院41/55前端設(shè)計(jì)前端設(shè)計(jì) 數(shù)字?jǐn)?shù)字IC設(shè)計(jì)流程設(shè)計(jì)流程ASI

27、C Chapter 2信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院42/55后端設(shè)計(jì)后端設(shè)計(jì)ASIC Chapter 2信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院43/55數(shù)字集成電路數(shù)字集成電路設(shè)計(jì)常用工具設(shè)計(jì)常用工具 公司 CadenceSynopsysMentor GraphicsSpringSoft邏輯仿真NC-SimVCSModelsim邏輯綜合Design- compiler布局布線SEEncounterAstroLaker時(shí)序驗(yàn)證Pearl可測(cè)性設(shè)計(jì)DFT-CompilerTetraMAXASIC Chapter 2信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院44/55五、ASIC設(shè)計(jì)關(guān)注的主要數(shù)據(jù)

28、元件數(shù)元件數(shù)/芯片芯片 1000萬晶體管/Die, 100門/Die 芯片面積芯片面積(mm2) 1-100mm2 硅片直徑硅片直徑(mm) 20mm ( 8英寸)/wafer 特征線寬特征線寬(m) 0.18m, 90nm /CD 工作電壓工作電壓(V) 3.3V,1.8V, 1.2V, 0.8V 功耗功耗（mW） 16mW, 1.3mW, 6.5mW 速度（速度（MHz） 高速電路(數(shù)字), 時(shí)鐘800 MHz 頻率（頻率（GHz） 射頻電路(模擬), 2.4 GHz, 6GHz 速度功耗乘積速度功耗乘積(J) - 1pJ/單位量化電平ASIC Chapter 2信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院信息科學(xué)

29、與技術(shù)學(xué)院45/55關(guān)于性能 -速度功耗積 衡量超大規(guī)模IC產(chǎn)品設(shè)計(jì)水平的重要標(biāo)志 在ASIC設(shè)計(jì)的每一步, 都有對(duì)產(chǎn)品速度、功耗進(jìn)行決擇、控制的能力(速度、功耗是一對(duì)矛盾) 在系統(tǒng)設(shè)計(jì)級(jí)：算法的確定非常重要在系統(tǒng)設(shè)計(jì)級(jí)：算法的確定非常重要, 并行算法速度快但并行算法速度快但功耗大；串行算法則反之。功耗大；串行算法則反之。 在邏輯設(shè)計(jì)級(jí)：是否采用諸如超前進(jìn)位鏈之類的附加電在邏輯設(shè)計(jì)級(jí)：是否采用諸如超前進(jìn)位鏈之類的附加電路，對(duì)芯片速度的影響也非常明顯路，對(duì)芯片速度的影響也非常明顯 在電路設(shè)計(jì)級(jí)在電路設(shè)計(jì)級(jí) 在器件設(shè)計(jì)級(jí)在器件設(shè)計(jì)級(jí) 在版圖設(shè)計(jì)級(jí)在版圖設(shè)計(jì)級(jí) ASIC Chapter 2信息科學(xué)與

30、技術(shù)學(xué)院信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院46/55器件結(jié)構(gòu)/電路形式對(duì)速度、功耗的影響 器件結(jié)構(gòu)對(duì)速度、功耗的影響 雙極型器件速度快, 但功耗大; MOS型器件功耗低, 但速度相對(duì)也低。 電路形式對(duì)速度、功耗的影響 同是雙極型器件，ECL電路快于TTL電路（后者器件進(jìn)入深飽和區(qū)而前者只達(dá)臨界飽和點(diǎn)） 同是MOS型器件，CMOS電路功耗低于單純NMOS或PMOS電路（后者有靜態(tài)功耗而前者無靜態(tài)功耗）ASIC Chapter 2信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院47/55六、ASIC成本 每個(gè)芯片(chip)的成本可用下式估算: 總成本 = 設(shè)計(jì)成本 + 光罩成本 + 制造成本 (暫不考慮封裝測(cè)試成本) 其中

31、Ct為芯片開發(fā)總成本 Cd 為設(shè)計(jì)成本， Cm 為光罩成本 Cp 為每片wafer上電路的加工成本 V 為總產(chǎn)量 y 為成品率 n 為每一大圓片上的芯片數(shù) (chip 數(shù) / wafer)ASIC Chapter 2信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院48/55降低成本的方法1. 增大V： 當(dāng)批量V做得很大時(shí), 上式前二項(xiàng)可以忽略, 成本主要由生產(chǎn)加工費(fèi)用決定。 2. 增大y: 縮小芯片面積,因?yàn)楫?dāng)硅片的材料質(zhì)量一定時(shí), 其上的晶格缺陷數(shù)也基本上是確定的。一個(gè)芯片上如果有一個(gè)缺陷, 那芯片功能就難以保證。芯片做得越小, 缺陷落在其上的可能性也就越小, 成品率就容易提高。 ASIC Chapter 2信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院49/55降低成本的方法(cont.)3. 增大增大n:增大wafer尺寸( 2英寸 4英寸 5英寸 8英寸 12英寸) 這種方法需要