1集成电路历史与发展趋势(2学时).ppt

* 设计能力 * 设计方法 如何设计功能越来越多的电路? 芯片的规模每两年增加一倍，但设计工程师的数量并没有每两年增加一倍 所以，我们需要高效的设计方法 用层次化抽象的方法来设计电路 * VLSI不同层次的抽象 设计规范 (what the chip does, inputs/outputs) 架构 major resources, connections 功能 logic blocks, FSMs, connections 电路 transistors, parasitics, connections 版图 mask layers, polygons 逻辑 gates, flip-flops, latches, connections * 芯片的层次 n+ n+ S G D + 物理器件 晶体管电路 门电路 功能模块 芯片 * Future of scaling * More than moore 随着线宽越来越小，制造成本在成指数的上升； 随着线宽接近纳米尺度时，支配半导体的物理基础理论也越来越超越宏观的理论，而需要微观的量子理论，芯片的漏电也越来越大。 一直驱动半导体行业的摩尔定律在经济和物理极限的作用下，不能再有效的引领这个行业的发展。 目前互联网，泛在网络接入的发展，人们越来越多的关注超越摩尔定律或后摩尔时代。作为最现代化，最为精细化，最为技术密集的半导体行业怎样驱动人类工业文明的发展？ 也许：多层硅多功能芯片封装，作为sensor的MEMS和化合物半导体将引领半导体新的发展，这意味着技术上不再单纯依靠CMOS，而进入模拟技术（analog），射频技术（RF），传感及作动（sensor and actuator）综合时代，即开始芯片级系统时代system-on-chip。 * Review（1） 摩尔定律 1965, Gordon Moore预测单个芯片上的晶体管数目每18~24个月会增加一倍 实际上 单个芯片上的晶体管数目每两年增加一倍 工作频率每两年提高一倍，现在已放慢了速度 功耗曾经每两年提高不止一倍，现在已不再增加 因为功率密度的增加会导致散热成本大大增加。 * Review（2） 摩尔定律所带来的挑战 物理限制: 65nm工艺下，SiO2的厚度大概是5个原子直径大小 设计越来越复杂，不能用传统的手工方法来设计 功耗变大，散热成为不得不考虑的问题 电路复杂以后，产生噪声和互相干扰 器件多了以后，互连线也随之增加，连线占用了大量的硅片面积 互连线变长，连线上的延时增加，成为限制电路性能的主要因素之一 芯片的规模每两年增加一倍，但设计工程师的数量并没有每两年增加一倍 * 3 decimal 6-bit number No.2 rebuilt by Museum of Science UK 世界上已知的第一个自动计算器 第一台通用电子计算机 美国制造 用于计算大炮发射表 * * Commercial product in 1950 1947年，肖克利与另两位物理学家共同发明了晶体管。这个用来代替真空管的电子信号放大元件，成为电子工业的强大引擎，被媒体和科学界称为“20世纪最重要的发明”。 * 杰克·基尔比 Noyce * 8人叛逆帮：intel（诺伊斯，戈登·摩尔，安迪·格鲁夫）、amd、nsc 硅谷人才摇篮 1969年在森尼维尔举行的一次半导体工程师大会上， 400位与会者中，未曾在仙童公司工作过的还不到24人。 * 用于助听器 * From 1 to 800 million takes 60 years. * * * 例如：计算阵列的路由拓扑结构（互连开销和延迟以及灵活度） * 在过去的十年中，一直有各种关于摩尔定律将被终结的预言 但是这次基本上会是真的，因为尺寸的缩小，不是受限于工艺技术，而是已经越来越逼近物理极限。 * 感兴趣的同学可以去了解下DFM，可制造性设计， 版图的自动修正以抵消光刻时的衍射效应影响， * * 集成电路历史与发展趋势 授课：刘波 * 为什么要设计集成电路？ 分为两个问题 为什么要使用电子系统？ 为什么用集成电路构建电子系统？ 以计算机的发展为例 从机械到电子 从电子管到晶体管 从晶体管到集成电路 * 第一台计算机 (1832) Babbage（巴贝奇） 差分引擎 25000个零部件 3位10进制计算 花费：￡17470 * 第一台电子计算机(1946) ENIAC Electronic Numeral Integrator and Computer，电子数字积分计算机 17468个电子管 6000个开关 可做到每秒5000个数的加法运算 * 第一个晶体管 (1947) William Shockley, Walter Brittain John Bard