VLSI设计的概述.ppt
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第一章 VLSI的概述 第一章 VLSI的概述 1.1.2 集成电路基本概念 形状:一般为正方形或矩形。 面积:几平方毫米到几百平方毫米。面积增大引起功耗增大、封装困难、成品率下降,成本提高,可通过增大硅园片直径来弥补。 集成度,规模:包含的晶体管数目或等效逻辑门的数量。(1个2输入的NAND=4个晶体管) 特征尺寸: 集成电路器件中最细线条的宽度,对MOS器件常指栅极所决定的沟导几何长度,是一条工艺线中能加工的最小尺寸。 反映了集成电路版图图形的精细程度,特征尺寸的减少主要取决于光刻技术的改进(光刻最小特征尺寸与曝光所用波长)。 硅园片直径:考虑到集成电路的流片成品率和生产成本,每个硅园片上的管芯数保持在300个左右。(inch) 制造工艺 双极型Bipolar工艺:最早采用的工艺,多数使用TTL (Transistor-Transistor Logic)或ECL(Emitter-Coupled Logic),耐压高、速度快,通常用于功率电子、汽车、电话电路与模拟电路; CMOS工艺:Complememtary MOS,铝栅晶体管被多晶硅栅所代体,更易于实现n沟MOS和p沟MOS两种类型的晶体管,即同一集成电路硅片上实现互补MOS工艺。生产工艺更简单,器件面积更小。它的晶体管密度大,功耗小。比双极型集成电路要偏宜,半导体产业的投资和集成电路市场的发展倾向于MOS电路; BiCMOS工艺:双极型Bipolar和CMOS两种工艺的结合。管芯中大部分采用CMOS,外围接口采用双极型Bipolar,做到功耗低、密度大,电路输出驱动电流大。 1.1.3 集成电路发展的特点 特征尺寸越来越小(0.10um) 硅圆片尺寸越来越大(8inch-12inch) 芯片集成度越来越大(2000K) 时钟速度越来越高(500MHz) 电源电压/单位功耗越来越低(1.0V) 布线层数越来越多(9层) I/0引脚越来越多(1200) 功耗越来越大 1.2 摩尔定律(Moore’s Law) 1960年,美国Intel公司Gordon Moore预言集成电路的发展遵循指数规律(IT行业神话),人们称之为”摩尔定律”,其主要内容如下: (原内容:每18个月,相同面积大小的芯片内,晶体管数量会增加一倍) (1) 集成电路最小特征尺寸以每三年减小70%的速度 下降,集成度每一年翻一番; (2) 价格每两年下降一半; (3) 这种规律在30年内是正确的(从1965年开始)。 CPU发展趋势 多核心 更小的布线宽度和更多的晶体管 更高的总线速度,更大的二级缓存cache(制造成本很高) Electronic Design Automation:电子设计自化。 它的发展是以计算机科学、微电子技术的发展为基础的,并融合了应用电子技术、智能技术以及计算机图形学、拓扑学、计算数学等众多学科的最新成果发展起来的。简单的说,EDA就是立足于计算机工作平台而开发出来的一整套先进的设计电子系统的软件。熟练地掌握EDA技术,可以大大提高工作效率。 1.3.2 EDA技术发展的三个阶段 CAD(Computer Aided Design)阶段 CAD阶段:是EDA技术发展的早期阶段。 原因:计算机的功能比较有限(16位),还没有普 及;电子设计软件功能比较弱。 用途:对设计的电路的性能进行一些模拟和预测; 完成PCB板的布局布线及简单的版图绘制。 EDA(Electronic Design Automation)阶段 电子设计的要求: 工艺进入深亚微米;芯片规模达到上百万、上千万甚 至上亿个晶体管;芯片的工作速度达到Gbps(GHz/s) 级。 EDA辅助设计层次: 系统级、门级和物理实现级。 EDA设计涉及的电子电路设计领域: 低频到高频 ; 线性电路到非线性电路; 模拟电路到数字电路; PCB板设计到FPGA开发。 1.3.3 EDA技术的特点及发展方向 1.EDA技术特点: (1)高层次综合与优化 目的: 更好的支持自顶向下的设计方法。 (2)采用硬件描述语言进行设计(VHDL,Verilog HDL) 特点: 语言的公开可利用性;设计与工艺的无关性;宽范围的描述能力;便于组织大规模系统设计;便于设计复用、保存和修改;更适合描述大规模数字系统,能够使设计者在比较抽象的层次上对所设计的系统结构和逻辑功能进行描述。 (3)开放性和标准化 现代EDA工具普遍采用标准化和开放性框架结构,任何一个EDA系统
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