深圳大學(xué)數(shù)字集成電路中文學(xué)習(xí)教案

1、會計學(xué)1深圳大學(xué)數(shù)字集成電路深圳大學(xué)數(shù)字集成電路(jchng-dinl)中文中文第一頁，共53頁。2第1頁/共54頁第二頁，共53頁。3第2頁/共54頁第三頁，共53頁。4第3頁/共54頁第四頁，共53頁。5第4頁/共54頁第五頁，共53頁。6第5頁/共54頁第六頁，共53頁。7q電氣計算機(jī)q磁控開關(guān)q真空管q1946年/18000q電子計算機(jī)q晶體管/集成電路q沿革的動力(dngl)q功耗-可靠性-成本第6頁/共54頁第七頁，共53頁。8第一個晶體管Bell Labs, 1948BardeenSchockley第7頁/共54頁第八頁，共53頁。9雙極型邏輯(lu j)1960sJack Ki

2、lbyECL 3輸入(shr)邏輯門Motorola 1966第8頁/共54頁第九頁，共53頁。1019711000 晶體管1 MHz 工作頻率全定制人工(rngng)設(shè)計第9頁/共54頁第十頁，共53頁。112000年億個晶體管GHz工作頻率可復(fù)用設(shè)計 基于單元庫/宏單元 層次化設(shè)計 設(shè)計自上而下 性能驅(qū)動設(shè)計 功耗-速度(sd)-面積第10頁/共54頁第十一頁，共53頁。12lIn 1965, Gordon Moore noted that the number of transistors on a chip doubled every 18 to 24 months. lHe made

3、 a prediction that semiconductor technology will double its effectiveness every 18 months第11頁/共54頁第十二頁，共53頁。13Electronics, April 19, 1965.第12頁/共54頁第十三頁，共53頁。14第13頁/共54頁第十四頁，共53頁。151,000,000100,00010,0001,00010100119751980198519901995200020052010808680286i386i486PentiumPentium ProKPentium IIPentium I

4、IICourtesy, Intel第14頁/共54頁第十五頁，共53頁。1640048008808080858086286386486Pentium procP60.0010.010.1110100100019701980199020002010YearTransistors (MT)2X growth in 1.96 years!Transistors on Lead Microprocessors double every 2 yearsCourtesy, Intel第15頁/共54頁第十六頁，共53頁。1740048008808080858086286386486Pentium proc

5、P611010019701980199020002010YearDie size (mm)7% growth per year2X growth in 10 yearsDie size grows by 14% to satisfy Moores LawCourtesy, Intel第16頁/共54頁第十七頁，共53頁。18P6Pentium proc486386286808680858080800840040.111010010001000019701980199020002010YearFrequency (Mhz)Lead Microprocessors frequency double

6、s every 2 yearsDoubles every2 yearsCourtesy, Intel第17頁/共54頁第十八頁，共53頁。19P6Pentium proc486386286808680858080800840040.1110100197119741978198519922000YearPower (Watts)Lead Microprocessors power continues to increaseCourtesy, Intel第18頁/共54頁第十九頁，共53頁。205KW 18KW 1.5KW 500W 40048008808080858086286386486Pen

7、tium proc0.111010010001000010000019711974197819851992200020082012YearPower (Watts)能量的傳遞(chund)和耗散將變得不可能Courtesy, Intel第19頁/共54頁第二十頁，共53頁。2140048008808080858086286386486Pentium procP611010010001000019701980199020002010YearPower Density (W/cm2)Hot Plate核反應(yīng)溫度火箭噴嘴的溫度t功率密度過高導(dǎo)致(dozh)節(jié)溫升高Courtesy, Intel第20

8、頁/共54頁第二十一頁，共53頁。22數(shù)字電話(sh z din hu)市場(出貨量)1996 1997 1998 1999 2000Units 48M 86M 162M 260M 435MAnalog BasebandDigital Baseband(DSP + MCU)PowerManagementSmall Signal RFPowerRF移動電話(y dn din hu)第21頁/共54頁第二十二頁，共53頁。23 “微觀問題” 超高速設(shè)計 互連 噪聲(zoshng)、串?dāng)_ 可靠性、可制造性 功耗 時鐘分布 “宏觀問題” 產(chǎn)品上市(shng sh)周期 千百萬門級 高層次抽象 可復(fù)用I

9、P: 可移植性 可預(yù)測性 等.第22頁/共54頁第二十三頁，共53頁。241101001,00010,000100,0001,000,00010,000,000200319811983198519871989199119931995199719992001200520072009101001,00010,000100,0001,000,00010,000,000100,000,000Logic Tr./ChipTr./Staff Month.xxxxxxx21%/Yr. compoundProductivity growth ratex58%/Yr. compoundedComplexity

10、growth rate10,0001,0001001010.10.010.001Logic Transistor per Chip(M)0.010.11101001,00010,000100,000Productivity(K) Trans./Staff - Mo.Source: Sematech復(fù)雜度超出(choch)了設(shè)計能力（產(chǎn)率）！ComplexityCourtesy, ITRS Roadmap第23頁/共54頁第二十四頁，共53頁。25第24頁/共54頁第二十五頁，共53頁。26n+n+SGD+DEVICECIRCUITGATEMODULESYSTEM第25頁/共54頁第二十六頁，共

11、53頁。27（Energy to perform a function）第26頁/共54頁第二十七頁，共53頁。28第27頁/共54頁第二十八頁，共53頁。29第28頁/共54頁第二十九頁，共53頁。30V(x)V(y)VOHVOLVM VOHVOLfV(y)=V(x)Switching ThresholdNominal Voltage LevelsVOH = f(VOL)VOL = f(VOH)VM = f(VM)第29頁/共54頁第三十頁，共53頁。31VILVIHVinSlope = -1Slope = -1VOLVOHVout“0”VOLVILVIHVOHUndefinedRegion

12、“ 1”第30頁/共54頁第三十一頁，共53頁。32Noise margin highNoise margin lowVIH VILUndefinedRegion10VOH VOLNMHNML邏輯(lu j)門輸出邏輯(lu j)門輸入NMH=VOH -VIHNML=VIL - VOL)第31頁/共54頁第三十二頁，共53頁。33i(t) Inductive coupling Capacitive couplingPower and ground noisev(t)VDD第32頁/共54頁第三十三頁，共53頁。34q噪聲源: 電源噪聲、干擾、串?dāng)_和偏移q為預(yù)計(yj)產(chǎn)生的噪聲源分配所允許的噪

13、聲容限q區(qū)分固定噪聲和與信號幅度成比例噪聲源第33頁/共54頁第三十四頁，共53頁。35第34頁/共54頁第三十五頁，共53頁。36 A chain of invertersv0v1v2v3v4v5v6 Simulated response第35頁/共54頁第三十六頁，共53頁。37第36頁/共54頁第三十七頁，共53頁。38RegenerativeNon-Regenerativeout=f(in)in=finv(out)第37頁/共54頁第三十八頁，共53頁。39NFan-out NFan-in MM第38頁/共54頁第三十九頁，共53頁。40Ri = Ro = 0Fanout = NMH

14、= NML = VDD/2 g = VinVout第39頁/共54頁第四十頁，共53頁。41NMHVin (V)Vout(V)NMLVM0.01.02.03.04.05.01.02.03.04.05.0通過觀察推導(dǎo)該結(jié)構(gòu)(jigu)的DC參數(shù)？VOH VOLVIH VILVMNMH NML第40頁/共54頁第四十一頁，共53頁。42第41頁/共54頁第四十二頁，共53頁。43T = 2 tp N000111第42頁/共54頁第四十三頁，共53頁。44第43頁/共54頁第四十四頁，共53頁。45voutvinCR達(dá)到(d do)50%點的時間：tp = ln (2) = 0.69 RC=0.69從10%達(dá)到(d do)90% 的時間tp = ln (9) = 2.2RC=2.2反相器傳播(chunb)延時的重要模型第44頁/共54頁第四十五頁，共53頁。46n不直接面臨眾多晶體管，而是一組服用單元第45頁/共54頁第四十六頁，共53頁。47第46頁/共54頁第四十七頁，共5