微電子學(xué)Chap09

1、Moore定律定律Moore定律定律?1965年年Intel公司的創(chuàng)始人之一公司的創(chuàng)始人之一Gordon E. Moore預(yù)言集成電路產(chǎn)預(yù)言集成電路產(chǎn)業(yè)的發(fā)展規(guī)律業(yè)的發(fā)展規(guī)律集成電路的集成度每三年集成電路的集成度每三年增長四倍，增長四倍，特征尺寸每三年縮小特征尺寸每三年縮小 倍倍2Moore定律定律10 G1 G100 M10 M1 M100 K10 K1 K0.1 K19701980199020002010存儲(chǔ)器容量存儲(chǔ)器容量 60%/年年 每三年，翻兩番每三年，翻兩番1965，Gordon Moore 預(yù)測(cè)預(yù)測(cè)半導(dǎo)體芯片上的晶體管數(shù)目每兩年翻兩番半導(dǎo)體芯片上的晶體管數(shù)目每兩年翻兩番 1.E

2、+91.E+91.E+81.E+81.E+71.E+71.E+61.E+61.E +51.E +51.E+41.E+41.E+31.E+370 74 78 82 86 90 94 70 74 78 82 86 90 94 98 200298 2002芯片上的體管數(shù)目芯片上的體管數(shù)目 微處理器性能微處理器性能 每三年翻兩番每三年翻兩番Moore定律：定律：微處理器的性能微處理器的性能100 G10 GGiga100 M10 MMegaKilo19701980199020002010集成電路技術(shù)是近集成電路技術(shù)是近50年來發(fā)展最快的技術(shù)年來發(fā)展最快的技術(shù)微電子技術(shù)的進(jìn)步微電子技術(shù)的進(jìn)步 年年份份特

3、特征征參參數(shù)數(shù)19591970-19712000比比率率設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)規(guī)規(guī)則則 m2580.18140電電源源電電壓壓VDD(伏伏）551.53硅硅片片直直徑徑尺尺寸寸（mm）53030060集集成成度度62 1032 1093 108DRAM密密度度（bit)1K1G106微微處處理理器器時(shí)時(shí)鐘鐘頻頻率率(Hz)750K1G103平平均均晶晶體體管管價(jià)價(jià)格格$100.310-6107 半半導(dǎo)導(dǎo)體體發(fā)發(fā)展展計(jì)計(jì)劃劃（S SI IA A 1 19 99 99 9年年版版） 年年 份份 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2008 2011 2014 特特征征尺尺寸寸（

4、nm） 180 165 150 130 120 110 100 70 50 35 存存貯貯器器生生產(chǎn)產(chǎn)階階段段產(chǎn)產(chǎn)品品代代 256M 512M 1G 2G 16G MPU芯芯片片功功能能數(shù)數(shù)（百百萬萬晶晶體體管管） 23.8 47.6 95.2 190 539 1523 4308 硅硅片片直直徑徑(mm) 200 200 300 300 300 300 300 300 300 450 在在 生生 產(chǎn)產(chǎn) 階階 段段DRAM封封裝裝后后單單位位比比特特價(jià)價(jià)（百百萬萬分分之之一一美美分分） 15 7.6 3.8 1.9 0.24 1999 Edition （ SIA美美 EECA歐歐 EIAJ日日

5、KSIA南南朝朝鮮鮮 TSIA臺(tái)臺(tái)） Moore定律定律 性能價(jià)格比性能價(jià)格比? 在過去的在過去的20年中，改進(jìn)年中，改進(jìn)了了1,000,000倍倍? 在今后的在今后的20年中，還將年中，還將改進(jìn)改進(jìn)1,000,000倍倍? 很可能還將持續(xù)很可能還將持續(xù) 40年年 等比例縮小等比例縮小(Scaling-down)定律定律等比例縮小等比例縮小(Scaling-down)定律定律?1974年由年由Dennard?基本指導(dǎo)思想是：保持基本指導(dǎo)思想是：保持MOS器件器件內(nèi)部電場(chǎng)不變：內(nèi)部電場(chǎng)不變：恒定電場(chǎng)規(guī)律，恒定電場(chǎng)規(guī)律，簡(jiǎn)稱簡(jiǎn)稱CE律律等比例縮小器件的縱向、橫向尺寸，等比例縮小器件的縱向、橫向尺寸

6、，以增加跨導(dǎo)和減少負(fù)載電容，提高以增加跨導(dǎo)和減少負(fù)載電容，提高集成電路的性能集成電路的性能電源電壓也要縮小相同的倍數(shù)電源電壓也要縮小相同的倍數(shù)?漏源電流方程：漏源電流方程：?由于由于VDS、(VGS-VTH)、W、L、tox均縮小了均縮小了 倍，倍，Cox增大了增大了 倍，因此，倍，因此，IDS縮小縮小 倍。門延遲時(shí)間倍。門延遲時(shí)間tpd為：為：?其中其中VDS、IDS、CL均縮小了均縮小了 倍，所以倍，所以tpd也縮小也縮小了了 倍。標(biāo)志集成電路性能的功耗延遲積倍。標(biāo)志集成電路性能的功耗延遲積PW tpd則縮小了則縮小了 3倍。倍。ICWLVVVVdsoxsGSTHDSDS2oxoxoxtC

7、0tVCIpdDSLDSoxLWLCC 恒定電場(chǎng)定律的問題恒定電場(chǎng)定律的問題?閾值電壓不可能縮的太小閾值電壓不可能縮的太小?源漏耗盡區(qū)寬度不可能按源漏耗盡區(qū)寬度不可能按比例縮小比例縮小?電源電壓標(biāo)準(zhǔn)的改變會(huì)帶電源電壓標(biāo)準(zhǔn)的改變會(huì)帶來很大的不便來很大的不便?恒定電壓等比例縮小規(guī)律恒定電壓等比例縮小規(guī)律(簡(jiǎn)稱簡(jiǎn)稱CV律律)保持電源電壓保持電源電壓Vds和閾值電壓和閾值電壓Vth不變，對(duì)其它不變，對(duì)其它參數(shù)進(jìn)行等比例縮小參數(shù)進(jìn)行等比例縮小按按CV律縮小后對(duì)電路性能的提高遠(yuǎn)不如律縮小后對(duì)電路性能的提高遠(yuǎn)不如CE律，而且采用律，而且采用CV律會(huì)使溝道內(nèi)的電場(chǎng)大大增律會(huì)使溝道內(nèi)的電場(chǎng)大大增強(qiáng)強(qiáng)CV律一般只

8、適用于溝道長度大于律一般只適用于溝道長度大于1 m的器件，的器件，它不適用于溝道長度較短的器件。它不適用于溝道長度較短的器件。?準(zhǔn)恒定電場(chǎng)等比例縮小規(guī)則，縮寫為準(zhǔn)恒定電場(chǎng)等比例縮小規(guī)則，縮寫為QCE律律CE律和律和CV律的折中，世紀(jì)采用的最多律的折中，世紀(jì)采用的最多隨著器件尺寸的進(jìn)一步縮小，強(qiáng)電場(chǎng)、高功隨著器件尺寸的進(jìn)一步縮小，強(qiáng)電場(chǎng)、高功耗以及功耗密度等引起的各種問題限制了按耗以及功耗密度等引起的各種問題限制了按CV律進(jìn)一步縮小的規(guī)則，電源電壓必須降低。律進(jìn)一步縮小的規(guī)則，電源電壓必須降低。同時(shí)又為了不使閾值電壓太低而影響電路的同時(shí)又為了不使閾值電壓太低而影響電路的性能，實(shí)際上電源電壓降低的

9、比例通常小于性能，實(shí)際上電源電壓降低的比例通常小于器件尺寸的縮小比例器件尺寸的縮小比例器件尺寸將縮小器件尺寸將縮小 倍，而電源電壓則只變?yōu)樵叮娫措妷簞t只變?yōu)樵瓉淼膩淼?/ 倍倍參數(shù)參數(shù) CE(恒場(chǎng)恒場(chǎng))律律 CV(恒壓恒壓)律律 QCE(準(zhǔn)恒場(chǎng)準(zhǔn)恒場(chǎng))律律 器件尺寸器件尺寸L, W, tox等等 1/ 1/ 1/ 電源電壓電源電壓 1/ 1 / 摻雜濃度摻雜濃度 2 閾值電壓閾值電壓 1/ 1 / 電流電流 1/ 2/ 負(fù)載電容負(fù)載電容 1/ 1/ 1/ 電場(chǎng)強(qiáng)度電場(chǎng)強(qiáng)度 1 門延遲時(shí)間門延遲時(shí)間 1/ 1/ 2 1/ 功耗功耗 1/ 2 3/ 2 功耗密度功耗密度 1 3 3 功耗延遲

10、積功耗延遲積 1/ 3 1/ 2/ 3 柵電容柵電容 面積面積 1/ 2 1/ 2 1/ 2 集成密集成密度度 2 2 2 微電子技術(shù)的微電子技術(shù)的三個(gè)發(fā)展方向三個(gè)發(fā)展方向?硅微電子技術(shù)的三個(gè)主要發(fā)展方向硅微電子技術(shù)的三個(gè)主要發(fā)展方向特征尺寸繼續(xù)等比例縮小特征尺寸繼續(xù)等比例縮小集成電路集成電路(IC)將發(fā)展成為系統(tǒng)芯片將發(fā)展成為系統(tǒng)芯片(SOC)微電子技術(shù)與其它領(lǐng)域相結(jié)合將產(chǎn)生新微電子技術(shù)與其它領(lǐng)域相結(jié)合將產(chǎn)生新的產(chǎn)業(yè)和新的學(xué)科，例如的產(chǎn)業(yè)和新的學(xué)科，例如MEMS、DNA芯片等芯片等微電子技術(shù)的三個(gè)發(fā)展方向微電子技術(shù)的三個(gè)發(fā)展方向?第一個(gè)關(guān)鍵技術(shù)層次：微細(xì)加工第一個(gè)關(guān)鍵技術(shù)層次：微細(xì)加工目前目

11、前0.25 m和和0.18 m已開始進(jìn)入大生產(chǎn)已開始進(jìn)入大生產(chǎn)0.15 m和和0.13 m大生產(chǎn)技術(shù)也已經(jīng)完成開發(fā)，大生產(chǎn)技術(shù)也已經(jīng)完成開發(fā)，具備大生產(chǎn)的條件具備大生產(chǎn)的條件當(dāng)然仍有許多開發(fā)與研究工作要做，例如當(dāng)然仍有許多開發(fā)與研究工作要做，例如IP模塊模塊的開發(fā)，為的開發(fā)，為EDA服務(wù)的器件模型模擬開發(fā)以及基服務(wù)的器件模型模擬開發(fā)以及基于上述加工工藝的產(chǎn)品開發(fā)等于上述加工工藝的產(chǎn)品開發(fā)等在在0.13-0.07um階段，最關(guān)鍵的加工工藝階段，最關(guān)鍵的加工工藝光光刻技術(shù)還是一個(gè)大問題，尚未解決刻技術(shù)還是一個(gè)大問題，尚未解決微電子器件的特征尺寸繼續(xù)縮小微電子器件的特征尺寸繼續(xù)縮小?第二個(gè)關(guān)鍵技術(shù)：

12、互連技術(shù)第二個(gè)關(guān)鍵技術(shù)：互連技術(shù)銅互連已在銅互連已在0.25/0.18um技術(shù)代中使技術(shù)代中使用；但是在用；但是在0.13um以后，銅互連與以后，銅互連與低介電常數(shù)絕緣材料共同使用時(shí)的低介電常數(shù)絕緣材料共同使用時(shí)的可靠性問題還有待研究開發(fā)可靠性問題還有待研究開發(fā)微電子器件的特征尺寸繼續(xù)縮小微電子器件的特征尺寸繼續(xù)縮小互連技術(shù)與器件特征尺寸的縮小互連技術(shù)與器件特征尺寸的縮小（資料來源：（資料來源：Solidstate Technology Oct.,1998） ?第三個(gè)關(guān)鍵技術(shù)第三個(gè)關(guān)鍵技術(shù)新型器件結(jié)構(gòu)新型器件結(jié)構(gòu)新型材料體系新型材料體系高高K介質(zhì)介質(zhì)金屬柵電極金屬柵電極低低K介質(zhì)介質(zhì)SOI材料

13、材料微電子器件的特征尺寸繼續(xù)縮小微電子器件的特征尺寸繼續(xù)縮小 重?fù)诫s多晶硅重?fù)诫s多晶硅SiO2 硅化物硅化物 經(jīng)驗(yàn)關(guān)系經(jīng)驗(yàn)關(guān)系: L Tox Xj1/3對(duì)對(duì)柵柵介介質(zhì)質(zhì)層層的的要要求求 年年 份份 1999 2001 2003 2006 2009 2012 技技 術(shù)術(shù) 0.18 0.15 0.13 0.10 0.07 0.05 等等效效柵柵氧氧化化層層厚厚度度(nm) 45 23 23 1.52 1.5 1nm + t柵介質(zhì)層?xùn)沤橘|(zhì)層 Tox t多晶硅耗盡多晶硅耗盡 t柵介質(zhì)層?xùn)沤橘|(zhì)層 t量子效應(yīng)量子效應(yīng) : : t多晶硅耗盡多晶硅耗盡 0.5nm t量子效應(yīng)量子效應(yīng) 0.5nm 隨著器件縮小

14、隨著器件縮小致亞致亞50納米納米SiO2無法適應(yīng)亞無法適應(yīng)亞50納米器件的要求納米器件的要求SiO2（ 3.9）SiO2/Si 界面界面硅基集成電路硅基集成電路發(fā)展的基石發(fā)展的基石得以使微電得以使微電子產(chǎn)業(yè)高速子產(chǎn)業(yè)高速和持續(xù)發(fā)展和持續(xù)發(fā)展SOI(Silicon-On-Insulator: 絕緣襯底上的硅絕緣襯底上的硅)技術(shù)技術(shù)SOI技術(shù)：優(yōu)點(diǎn)技術(shù)：優(yōu)點(diǎn)?完全實(shí)現(xiàn)了介質(zhì)隔離完全實(shí)現(xiàn)了介質(zhì)隔離, 徹底消除了體硅徹底消除了體硅CMOS集成電路中的寄生閂鎖效應(yīng)集成電路中的寄生閂鎖效應(yīng)?速度高速度高?集成密度高集成密度高?工藝簡(jiǎn)單工藝簡(jiǎn)單?減小了熱載流子效應(yīng)減小了熱載流子效應(yīng)?短溝道效應(yīng)小短溝道效應(yīng)小

15、,特別適合于小尺寸器件特別適合于小尺寸器件?體效應(yīng)小、寄生電容小，特別適合于體效應(yīng)小、寄生電容小，特別適合于低壓器件低壓器件?SOI材料價(jià)格高材料價(jià)格高?襯底浮置襯底浮置?表層硅膜質(zhì)量及其界面質(zhì)量表層硅膜質(zhì)量及其界面質(zhì)量SOI技術(shù)：缺點(diǎn)技術(shù)：缺點(diǎn)隧穿效應(yīng)隧穿效應(yīng)SiO2的性質(zhì)的性質(zhì)柵介質(zhì)層?xùn)沤橘|(zhì)層Tox1納米納米量子隧穿模型量子隧穿模型高高K介質(zhì)介質(zhì)? ?雜質(zhì)漲落雜質(zhì)漲落器件溝道區(qū)中的雜器件溝道區(qū)中的雜質(zhì)數(shù)僅為百的量級(jí)質(zhì)數(shù)僅為百的量級(jí)統(tǒng)計(jì)規(guī)律統(tǒng)計(jì)規(guī)律新型柵結(jié)構(gòu)新型柵結(jié)構(gòu)? ?電子輸運(yùn)的電子輸運(yùn)的渡越時(shí)間渡越時(shí)間碰撞時(shí)間碰撞時(shí)間介觀物理的介觀物理的輸運(yùn)理論輸運(yùn)理論? ?溝道長度溝道長度 L50納

16、米納米L源源漏漏柵柵Toxp 型硅型硅n+n+多晶硅多晶硅NMOSFET 柵介質(zhì)層?xùn)沤橘|(zhì)層帶間隧穿帶間隧穿反型層的反型層的量子化效應(yīng)量子化效應(yīng)電源電壓電源電壓1V時(shí)，柵介質(zhì)層中電場(chǎng)時(shí)，柵介質(zhì)層中電場(chǎng)約為約為5MV/cm，硅中電場(chǎng)約，硅中電場(chǎng)約1MV/cm考慮量子化效應(yīng)考慮量子化效應(yīng)的器件模型的器件模型? ? .可靠性可靠性0.1 m Sub 0.1 m穩(wěn)穩(wěn)定定狀狀態(tài)態(tài)情情況況下下的的半半導(dǎo)導(dǎo)體體增增長長率率 1997 穩(wěn)穩(wěn)定定狀狀態(tài)態(tài)（2030） CMOS 技技術(shù)術(shù) 0.25m 0.035m 年年平平均均增增長長率率 16% 7% (約約為為 GDP 增增長長率率的的 2 倍倍) 半半導(dǎo)導(dǎo)體體

17、產(chǎn)產(chǎn)業(yè)業(yè)/電電子子工工業(yè)業(yè) 17% 35% 半半導(dǎo)導(dǎo)體體產(chǎn)產(chǎn)業(yè)業(yè)/GDP 0.7% 3% From Chemming Hu, (U.C.Berkely) 2030年后，半導(dǎo)體加工技術(shù)走向成熟，年后，半導(dǎo)體加工技術(shù)走向成熟，類似于現(xiàn)在汽車工業(yè)和航空工業(yè)的情況類似于現(xiàn)在汽車工業(yè)和航空工業(yè)的情況誕生基于新原理的器件和電路誕生基于新原理的器件和電路集成電路走向系統(tǒng)芯片集成電路走向系統(tǒng)芯片解調(diào)/糾錯(cuò)傳輸反向多路器MPEG解碼DRAMDRAM聲頻接口視頻接口IBMCPUSTBPSCIIEEE1284GPIO,etcDRAM衛(wèi)星/電纜第二代將來第三代SOCSystem On A Chip集成電路走向系統(tǒng)芯片

18、集成電路走向系統(tǒng)芯片分分立立元元件件集成集成電路電路 I C 系系 統(tǒng)統(tǒng) 芯芯 片片System On A Chip(簡(jiǎn)稱簡(jiǎn)稱SOC)將整個(gè)系統(tǒng)集成在將整個(gè)系統(tǒng)集成在一個(gè)一個(gè)微電子芯片上微電子芯片上在需求牽引和技術(shù)在需求牽引和技術(shù)推動(dòng)的雙重作用下推動(dòng)的雙重作用下系統(tǒng)芯片系統(tǒng)芯片(SOC)與集成與集成電路電路(IC)的設(shè)計(jì)思想是的設(shè)計(jì)思想是不同的，它是微電子技不同的，它是微電子技術(shù)領(lǐng)域的一場(chǎng)革命。術(shù)領(lǐng)域的一場(chǎng)革命。集成電路走向系統(tǒng)芯片集成電路走向系統(tǒng)芯片微米級(jí)工藝微米級(jí)工藝基于晶體管級(jí)互連基于晶體管級(jí)互連主流主流CAD：圖形編輯：圖形編輯VddABOutPEL2MEMMathBusControl

19、lerIOGraphics PCB集成集成 工藝無關(guān)工藝無關(guān)系統(tǒng)系統(tǒng)亞微米級(jí)工藝亞微米級(jí)工藝依賴工藝依賴工藝基于標(biāo)準(zhǔn)單元互連基于標(biāo)準(zhǔn)單元互連主流主流CAD:門陣列門陣列 標(biāo)準(zhǔn)單元標(biāo)準(zhǔn)單元集成電路芯片集成電路芯片深亞微米、超深亞深亞微米、超深亞 微米級(jí)工藝微米級(jí)工藝基于基于IP復(fù)用復(fù)用主流主流CAD：軟硬件協(xié)：軟硬件協(xié) 同設(shè)計(jì)同設(shè)計(jì)?SOC是從整個(gè)系統(tǒng)的角度出發(fā)，把處理機(jī)制、是從整個(gè)系統(tǒng)的角度出發(fā)，把處理機(jī)制、模型算法、芯片結(jié)構(gòu)、各層次電路直至器件的模型算法、芯片結(jié)構(gòu)、各層次電路直至器件的設(shè)計(jì)緊密結(jié)合起來，在單個(gè)芯片上完成整個(gè)系設(shè)計(jì)緊密結(jié)合起來，在單個(gè)芯片上完成整個(gè)系統(tǒng)的功能統(tǒng)的功能?SOC必須

20、采用從系統(tǒng)行為級(jí)開始自頂向下必須采用從系統(tǒng)行為級(jí)開始自頂向下(Top-Down)地設(shè)計(jì)地設(shè)計(jì)?SOC的優(yōu)勢(shì)的優(yōu)勢(shì)嵌入式模擬電路的嵌入式模擬電路的Core可以抑制噪聲問題可以抑制噪聲問題嵌入式嵌入式CPU Core可以使設(shè)計(jì)者有更大的自由度可以使設(shè)計(jì)者有更大的自由度降低功耗，不需要大量的輸出緩沖器降低功耗，不需要大量的輸出緩沖器使使DRAM和和CPU之間的速度接近之間的速度接近集成電路走向系統(tǒng)芯片集成電路走向系統(tǒng)芯片?SOC與與IC組成的系統(tǒng)相比，由于組成的系統(tǒng)相比，由于SOC能夠能夠綜合并全盤考慮整個(gè)系統(tǒng)的各種情況，可綜合并全盤考慮整個(gè)系統(tǒng)的各種情況，可以在同樣的工藝技術(shù)條件下實(shí)現(xiàn)更高性能以在

21、同樣的工藝技術(shù)條件下實(shí)現(xiàn)更高性能的系統(tǒng)指標(biāo)的系統(tǒng)指標(biāo)若采用若采用IS方法和方法和0.35 m工藝設(shè)計(jì)系統(tǒng)芯片，工藝設(shè)計(jì)系統(tǒng)芯片，在相同的系統(tǒng)復(fù)雜度和處理速率下，能夠相在相同的系統(tǒng)復(fù)雜度和處理速率下，能夠相當(dāng)于采用當(dāng)于采用0.25 0.18 m工藝制作的工藝制作的IC所實(shí)現(xiàn)所實(shí)現(xiàn)的同樣系統(tǒng)的性能的同樣系統(tǒng)的性能與采用常規(guī)與采用常規(guī)IC方法設(shè)計(jì)的芯片相比，采用方法設(shè)計(jì)的芯片相比，采用SOC完成同樣功能所需要的晶體管數(shù)目可以完成同樣功能所需要的晶體管數(shù)目可以有數(shù)量級(jí)的降低有數(shù)量級(jí)的降低集成電路走向系統(tǒng)芯片集成電路走向系統(tǒng)芯片21世紀(jì)的微電子世紀(jì)的微電子將是將是SOC的時(shí)代的時(shí)代?SOC的三大支持技術(shù)

22、的三大支持技術(shù)軟硬件協(xié)同設(shè)計(jì)：軟硬件協(xié)同設(shè)計(jì)：Co-DesignIP技術(shù)技術(shù)界面綜合界面綜合(Interface Synthesis)技術(shù)技術(shù)集成電路走向系統(tǒng)芯片集成電路走向系統(tǒng)芯片?軟硬件軟硬件Co-Design面向各種系統(tǒng)的功能劃分理論面向各種系統(tǒng)的功能劃分理論(Function Partation Theory)計(jì)算機(jī)計(jì)算機(jī)通訊通訊壓縮解壓縮壓縮解壓縮加密與解密加密與解密集成電路走向系統(tǒng)芯片集成電路走向系統(tǒng)芯片?IP技術(shù)技術(shù)軟軟IP核：核：Soft IP (行為描述行為描述)固固IP核：核：Firm IP (門級(jí)描述，網(wǎng)單門級(jí)描述，網(wǎng)單)硬硬IP核：核：Hard IP(版圖版圖)通用模塊

23、通用模塊 CMOS DRAM 數(shù)模混合：數(shù)?；旌希篋/A、A/D 深亞微米電路優(yōu)化設(shè)計(jì)：在模型模擬的基礎(chǔ)上，深亞微米電路優(yōu)化設(shè)計(jì)：在模型模擬的基礎(chǔ)上，對(duì)速度、功耗、可靠性等進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)對(duì)速度、功耗、可靠性等進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì) 最大工藝榮差設(shè)計(jì)：與工藝有最大的容差最大工藝榮差設(shè)計(jì)：與工藝有最大的容差集成電路走向系統(tǒng)芯片集成電路走向系統(tǒng)芯片IC 與與 IP?IC：Integrated Circuit?IP：Intellectual PropertySoC之前之前 核心芯片核心芯片 周邊電路周邊電路 PCB 系統(tǒng)板卡系統(tǒng)板卡SoC階段階段 IP核核 glue logic(膠連邏輯膠連邏輯) DSM （深亞

24、微米）（深亞微米） SoCIC 與 IPYesterdays chips are todays reusable IP blocks，and can be combined with other functions，like Video，Audio，Analog，and I/O，to formulate what we now know as system on chip（SoC）。）。SoC提高ASIC設(shè)計(jì)能力的途徑1.58設(shè)計(jì)能力設(shè)計(jì)能力 1.21工藝能力工藝能力 IC設(shè)計(jì)能力設(shè)計(jì)能力 與與工藝能力工藝能力 的的 剪刀差剪刀差設(shè)計(jì)能力的階躍EDA技術(shù) L-E P&R Synth S

25、oC IC產(chǎn)業(yè)的幾次分工產(chǎn)業(yè)的幾次分工9000s 設(shè)計(jì)設(shè)計(jì) 測(cè)試測(cè)試 工藝工藝 封裝封裝 設(shè)備設(shè)備70s60s設(shè)備設(shè)備測(cè)試測(cè)試Foundry 封裝封裝8090s設(shè)備設(shè)備Foundry 封裝封裝設(shè)備設(shè)備系統(tǒng)系統(tǒng)IPIC設(shè)計(jì)的分工IC設(shè)計(jì)設(shè)計(jì) 分工：分工： 系統(tǒng)設(shè)計(jì)系統(tǒng)設(shè)計(jì) IP 設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的發(fā)展 Chipless IC產(chǎn)業(yè)的重要分工? 設(shè)計(jì)設(shè)計(jì) 與與 制作制作 的分工的分工Fabless Foundry 系統(tǒng)設(shè)計(jì)師介入系統(tǒng)設(shè)計(jì)師介入IC設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)? IP設(shè)計(jì)設(shè)計(jì) 與與 SoC 的分工的分工 ChiplessIP的特點(diǎn)? 復(fù)用率高復(fù)用率高 易于嵌入易于嵌入? 實(shí)現(xiàn)優(yōu)化實(shí)現(xiàn)優(yōu)化 芯片面積最小芯

26、片面積最小 運(yùn)行速度最高運(yùn)行速度最高 功率消耗最低功率消耗最低 工藝容差最大工藝容差最大?Interface SynthesisIP + Glue Logic (膠連邏輯膠連邏輯)面向面向IP綜合的算法及其實(shí)現(xiàn)技術(shù)綜合的算法及其實(shí)現(xiàn)技術(shù)集成電路走向系統(tǒng)芯片集成電路走向系統(tǒng)芯片 SoC 設(shè)計(jì)示意IP 2IP 3IP 1Glue logicGlue logicGlue logicMEMS技術(shù)和技術(shù)和DNA芯片芯片MEMS技術(shù)和技術(shù)和DNA芯片芯片?微電子技術(shù)與其它學(xué)科結(jié)合，誕微電子技術(shù)與其它學(xué)科結(jié)合，誕生出一系列嶄新的學(xué)科和重大的生出一系列嶄新的學(xué)科和重大的經(jīng)濟(jì)增長點(diǎn)經(jīng)濟(jì)增長點(diǎn)MEMS (微機(jī)電系

27、統(tǒng)微機(jī)電系統(tǒng)) ：微電子技：微電子技術(shù)與機(jī)械、光學(xué)等領(lǐng)域結(jié)合術(shù)與機(jī)械、光學(xué)等領(lǐng)域結(jié)合DNA生物芯片：微電子技術(shù)與生物生物芯片：微電子技術(shù)與生物工程技術(shù)結(jié)合工程技術(shù)結(jié)合目前的目前的MEMS與與IC初期情況相似初期情況相似?集成電路發(fā)展初期，其電路在今天看來是很集成電路發(fā)展初期，其電路在今天看來是很簡(jiǎn)單的，應(yīng)用也非常有限，以軍事需求為主簡(jiǎn)單的，應(yīng)用也非常有限，以軍事需求為主?集成電路技術(shù)的進(jìn)步，加快了計(jì)算機(jī)更新?lián)Q集成電路技術(shù)的進(jìn)步，加快了計(jì)算機(jī)更新?lián)Q代的速度，對(duì)中央處理器（代的速度，對(duì)中央處理器（CPU）和隨機(jī)存）和隨機(jī)存貯器（貯器（RAM）的需求越來越大，反過來又促）的需求越來越大，反過來又促進(jìn)

28、了集成電路的發(fā)展。集成電路和計(jì)算機(jī)在進(jìn)了集成電路的發(fā)展。集成電路和計(jì)算機(jī)在發(fā)展中相互推動(dòng)，形成了今天的雙贏局面，發(fā)展中相互推動(dòng)，形成了今天的雙贏局面，帶來了一場(chǎng)信息革命帶來了一場(chǎng)信息革命?現(xiàn)階段的微系統(tǒng)專用性很強(qiáng)，單個(gè)系統(tǒng)的應(yīng)現(xiàn)階段的微系統(tǒng)專用性很強(qiáng)，單個(gè)系統(tǒng)的應(yīng)用范圍非常有限，還沒有出現(xiàn)類似的用范圍非常有限，還沒有出現(xiàn)類似的CPU和和RAM這樣量大而廣的產(chǎn)品這樣量大而廣的產(chǎn)品MEMS器件及應(yīng)用器件及應(yīng)用?汽車工業(yè)汽車工業(yè)安全氣囊加速計(jì)、發(fā)動(dòng)機(jī)壓力計(jì)、自動(dòng)駕駛陀螺安全氣囊加速計(jì)、發(fā)動(dòng)機(jī)壓力計(jì)、自動(dòng)駕駛陀螺?武器裝備武器裝備制導(dǎo)、戰(zhàn)場(chǎng)偵察（化學(xué)、震動(dòng)）、武器智能化制導(dǎo)、戰(zhàn)場(chǎng)偵察（化學(xué)、震動(dòng)）、武

29、器智能化?生物醫(yī)學(xué)生物醫(yī)學(xué)疾病診斷、藥物研究、微型手術(shù)儀器、植入式儀器疾病診斷、藥物研究、微型手術(shù)儀器、植入式儀器?信息和通訊信息和通訊光開關(guān)、波分復(fù)用器、集成化光開關(guān)、波分復(fù)用器、集成化RF組件、打印噴頭組件、打印噴頭?娛樂消費(fèi)類娛樂消費(fèi)類游戲棒、虛擬現(xiàn)時(shí)眼鏡、智能玩具游戲棒、虛擬現(xiàn)時(shí)眼鏡、智能玩具大機(jī)器加工大機(jī)器加工小機(jī)器，小小機(jī)器，小機(jī)器加工微機(jī)器加工微機(jī)器機(jī)器微機(jī)械微機(jī)械用微電子加用微電子加工技術(shù)工技術(shù)X光鑄模光鑄模+壓壓塑技術(shù)塑技術(shù)(LIGA)從頂層向下從頂層向下從底層向上從底層向上分子和原子級(jí)加工分子和原子級(jí)加工國防、航空航天、生物醫(yī)學(xué)、環(huán)境國防、航空航天、生物醫(yī)學(xué)、環(huán)境監(jiān)控、汽車

30、都有廣泛應(yīng)用。監(jiān)控、汽車都有廣泛應(yīng)用。2000年有年有120-140億美元市場(chǎng)億美元市場(chǎng) 相關(guān)市場(chǎng)達(dá)相關(guān)市場(chǎng)達(dá)1000億美元億美元2年后市場(chǎng)將迅速成長年后市場(chǎng)將迅速成長MEMS微系統(tǒng)微系統(tǒng)MEMS系統(tǒng)系統(tǒng)MEMS技術(shù)和技術(shù)和DNA芯片芯片?從廣義上講，從廣義上講，MEMS是指集微型傳感器、微型執(zhí)行器、是指集微型傳感器、微型執(zhí)行器、信號(hào)處理和控制電路、接口電路、通信系統(tǒng)以及電源于信號(hào)處理和控制電路、接口電路、通信系統(tǒng)以及電源于一體的微型機(jī)電系統(tǒng)一體的微型機(jī)電系統(tǒng)?MEMS技術(shù)是一種多學(xué)科交叉的前沿性領(lǐng)域，它幾乎涉技術(shù)是一種多學(xué)科交叉的前沿性領(lǐng)域，它幾乎涉及到自然及工程科學(xué)的所有領(lǐng)域，如電子、機(jī)械

31、、光學(xué)、及到自然及工程科學(xué)的所有領(lǐng)域，如電子、機(jī)械、光學(xué)、物理學(xué)、化學(xué)、生物醫(yī)學(xué)、材料科學(xué)、能源科學(xué)等物理學(xué)、化學(xué)、生物醫(yī)學(xué)、材料科學(xué)、能源科學(xué)等MEMS技術(shù)和技術(shù)和DNA芯片芯片?MEMS在航空、航天、汽車、生物醫(yī)學(xué)、在航空、航天、汽車、生物醫(yī)學(xué)、環(huán)境監(jiān)控、軍事以及幾乎人們接觸到的所有環(huán)境監(jiān)控、軍事以及幾乎人們接觸到的所有領(lǐng)域中都有著十分廣闊的應(yīng)用前景領(lǐng)域中都有著十分廣闊的應(yīng)用前景微慣性傳感器及微型慣性測(cè)量組合能應(yīng)用于制導(dǎo)、微慣性傳感器及微型慣性測(cè)量組合能應(yīng)用于制導(dǎo)、衛(wèi)星控制、汽車自動(dòng)駕駛、汽車防撞氣囊、汽車防衛(wèi)星控制、汽車自動(dòng)駕駛、汽車防撞氣囊、汽車防抱死系統(tǒng)抱死系統(tǒng)(ABS)、穩(wěn)定控制和玩具、穩(wěn)定控制和玩具微流量系統(tǒng)和微分析儀可用于微推進(jìn)、傷員救護(hù)微流量系統(tǒng)和微分析儀可用于微推進(jìn)、傷員救護(hù)MEMS系統(tǒng)還可以用于醫(yī)療、高密度存儲(chǔ)和顯示、系統(tǒng)還可以用于醫(yī)療、高密度存儲(chǔ)和顯示、光譜分析、信息采集等等光譜分析、信息采集等等已經(jīng)制造出尖端直徑為已經(jīng)制造出尖端直徑為5 m的可以夾起一個(gè)紅細(xì)胞的可以夾起一個(gè)紅細(xì)胞的微型鑷子，可以在磁場(chǎng)中飛行的象蝴蝶大小的飛的微型鑷子，可以在磁場(chǎng)中飛行的象蝴蝶大小的飛機(jī)等機(jī)等MEMS技術(shù)和技術(shù)和DNA芯片芯片?MEMS技