信息科學與電子工程專業(yè)英語Lecture02

1、EE141 電子信息科學概論MTI 2011 Aifeng Ren電子信息科學概論11任愛鋒任愛鋒電子工程學院電子工程學院 E-mail: Office: 新科技樓A901 Phone: 88202830-607 Mobile:E141 2011 Aifeng Ren電子信息科學概論2 電子信息科學概論MTI2 Unit 2-1 集成電路集成電路EE141 2011 Aifeng Ren電子信息科學概論3 電子信息科學概論MTI3EE141 2011 Aifeng Ren電子信息科學概論4 電子信息科學概論MTI4EE141 2011 Aifeng Ren電子信息科學

2、概論5 電子信息科學概論MTI5EE141 2011 Aifeng Ren電子信息科學概論6 電子信息科學概論MTI6Unit 2-1 集成電路EE141 2011 Aifeng Ren電子信息科學概論7 電子信息科學概論MTI7集成電路集成電路 Integrated Circuits/IC是指用半導體工藝，或薄膜、厚膜工藝（或這些工藝是指用半導體工藝，或薄膜、厚膜工藝（或這些工藝的組合），把電路的的組合），把電路的有源、無源器件有源、無源器件及及互連布線互連布線以相互不以相互不可分離的狀態(tài)制作在半導體或絕緣材料基片上，最后封裝可分離的狀態(tài)制作在半導體或絕緣材料基片上，最后封裝在一個在一個管殼

3、管殼內(nèi)，構成一個完整的、具有特定功能的電路、內(nèi)，構成一個完整的、具有特定功能的電路、組件、子系統(tǒng)或系統(tǒng)。組件、子系統(tǒng)或系統(tǒng)。 集成電路芯片設計過程框架集成電路芯片設計過程框架From 吉利久教授吉利久教授是是功能要求功能要求行為設計（行為設計（VHDL）行為仿真行為仿真綜合、優(yōu)化綜合、優(yōu)化網(wǎng)表網(wǎng)表時序仿真時序仿真布局布線布局布線版圖版圖后仿真后仿真否否是是否否否否是是Sing off單晶硅棒單晶硅棒硅片硅片 是指是指而而SSI，MSI GSI等分別為各分類的英文縮寫，即等分別為各分類的英文縮寫，即Small Scale Integration，Medium Scale Integration

4、Giant Scale Integration。 特征尺寸：特征尺寸：即即 CD（ Critical Dimension），表征微細加），表征微細加工技術水平的主要技術指標之一，是指工藝所能加工出的最工技術水平的主要技術指標之一，是指工藝所能加工出的最小線條寬度。小線條寬度。1947年年 發(fā)明第一只發(fā)明第一只（1947年年12月月23日）日）世界上第一個晶體管世界上第一個晶體管-PNP點接觸式點接觸式 Ge晶體管晶體管蒸金箔蒸金箔塑料楔塑料楔金屬金屬基極基極鍺鍺發(fā)發(fā)射射極極集電極集電極0.005cm的間距的間距1948年年 發(fā)明結(jié)型晶體管（發(fā)明結(jié)型晶體管（Junction Transistor

5、） 美美 BELL 實驗室實驗室，于，于1948年年1月月 提出結(jié)型晶體管模型和場效應理論，并研制出第一只提出結(jié)型晶體管模型和場效應理論，并研制出第一只 ，因此與，因此與J.Bardeen巴丁、巴丁、 W.H.Brattain布布 拉頓、一起榮獲拉頓、一起榮獲1956年諾貝爾物理學獎年諾貝爾物理學獎2000年度諾貝爾年度諾貝爾物理學獎得主物理學獎得主1958年年9月月12日，日，TI公司的公司的Jack S.Kilby在德州儀器半導體實在德州儀器半導體實驗室展示了一個構造較為簡單的設備。第一次將所有有源和無驗室展示了一個構造較為簡單的設備。第一次將所有有源和無源元器件都集合到只有一個曲別針大小

6、（不足源元器件都集合到只有一個曲別針大?。ú蛔?/2英寸見方）的英寸見方）的半導體材料上。這塊集成電路共集成了十二個元件（兩個晶體半導體材料上。這塊集成電路共集成了十二個元件（兩個晶體管、兩個電容和八個電阻）。管、兩個電容和八個電阻）。1959年年 美國美國仙童公司仙童公司Fairchilds的的R.Noicy諾依斯諾依斯開發(fā)出用開發(fā)出用 于于IC 的平面工藝技術，從而推動了的平面工藝技術，從而推動了IC制造業(yè)大發(fā)展。制造業(yè)大發(fā)展。 60年代年代 TTL、ECL出現(xiàn)并得到廣泛應用出現(xiàn)并得到廣泛應用1966年年 MOS LSI發(fā)明（集成度高，功耗低）發(fā)明（集成度高，功耗低）80年代年代 VLSI

7、出現(xiàn)，使出現(xiàn)，使IC進入了嶄新的階段。進入了嶄新的階段。 （其標志為（其標志為CD 2 m，集成度，集成度 105 個元件個元件/片）片）90年代年代 ASIC、ULSI和巨大規(guī)模集成和巨大規(guī)模集成GSI等代表更高技術等代表更高技術 展展 望望 可望突破一些先前認為的可望突破一些先前認為的IC發(fā)展極限，對集成電路發(fā)展極限，對集成電路 IC 的涵義也將有新的詮釋。的涵義也將有新的詮釋。 STM 意法 TOSHIBA 日日 PHILIPS 荷 HITACHI 日 NS 美 OnSemi 美 FreeScale 美 Ericsson Components 瑞典 大小：長大小：長24m，寬，寬6m，高

8、，高2.5m速度：速度：5000次次/sec；重量：；重量：30噸；噸；功率：功率：140KW；平均無故障運行時間：；平均無故障運行時間：7min8088Intel 3861971年年第一個微處理器第一個微處理器2000多個晶體管多個晶體管101982年年286微處理器微處理器13.4萬個晶體管萬個晶體管6MHz、8MHz、10MHz和和12.5MHz40444044Intel 486Pentiumu P6 (Pentium Pro) u 1996年年u 150 - 200 MHz u 196 mm2u 550萬晶體管萬晶體管 u 0.35 u 20W 功耗功耗u 387 管腳管腳 2007

9、2007年英特爾推出年英特爾推出45nm45nm正正式量產(chǎn)工藝，式量產(chǎn)工藝，45nm45nm技術是全新技術是全新的技術，可以讓摩爾定律至少的技術，可以讓摩爾定律至少再服役再服役1010年。年。 AMD四核四核“Barcelona”處理器處理器 采用采用300mm晶圓，晶圓， 45納米技術制造納米技術制造21世紀微電子芯片技術展望世紀微電子芯片技術展望所謂所謂是在是在19651965年由年由INTELINTEL公司的公司的Gordon.MooreGordon.Moore戈登戈登. .摩爾提出的，其內(nèi)容是硅集成電路按照摩爾提出的，其內(nèi)容是硅集成電路按照4 4年（后來發(fā)展到年（后來發(fā)展到3 3年）年

10、）為一代、每代的芯片集成度要翻兩番、工藝線寬約縮小為一代、每代的芯片集成度要翻兩番、工藝線寬約縮小30%30%、ICIC工作速度提高工作速度提高1.51.5倍等發(fā)展規(guī)律發(fā)展。倍等發(fā)展規(guī)律發(fā)展。 增大晶圓尺寸增大晶圓尺寸 縮小器件的特征尺寸縮小器件的特征尺寸高性能低功耗低成本DNA 芯片單電子晶體管單電子晶體管 (SET)自旋晶體管自旋晶體管碳納米管晶體管碳納米管晶體管 (CNT)分子晶體管分子晶體管取代取代Si CMOS 的下一代新型器件？的下一代新型器件？解調(diào)/糾錯傳輸反向多路器MPEG解碼DRAMDRAM聲頻接口視頻接口IBMCPUSTBPSCIIEEE1284GPIO,etcDRAM衛(wèi)星

11、/電纜第二代將來第三代SOC片上芯片（片上芯片（）的概念是）的概念是20世紀世紀90年代提出年代提出來的，它的目標是為了克服多芯片集成系統(tǒng)所產(chǎn)生的一些困難，來的，它的目標是為了克服多芯片集成系統(tǒng)所產(chǎn)生的一些困難，通過提高芯片集成的系統(tǒng)功能以獲得更高的系統(tǒng)性能。通過提高芯片集成的系統(tǒng)功能以獲得更高的系統(tǒng)性能。微米級工藝微米級工藝基于晶體管級互連基于晶體管級互連主流主流CAD：圖形編輯：圖形編輯VddABOutPEL2MEMMathBusControllerIOGraphics PCB集成集成 工藝無關工藝無關系統(tǒng)系統(tǒng)亞微米級工藝亞微米級工藝依賴工藝依賴工藝基于標準單元互連基于標準單元互連主流主流

12、CAD:門陣列門陣列 標準單元標準單元集成電路芯片集成電路芯片超深亞微米級工藝超深亞微米級工藝基于基于IPIP復用復用主流主流CADCAD：軟硬件協(xié)：軟硬件協(xié) 同設計同設計 MEMS（Micro-Electro-Mechanical Systems) 1mm 氣囊加速度計氣囊加速度計集成電路技術的特點集成電路技術的特點- 47 -IC發(fā)展歷史示意圖發(fā)展歷史示意圖摩爾定律揭示了摩爾定律揭示了IC發(fā)展中電路集成的量變法則，但沒揭示出發(fā)展中電路集成的量變法則，但沒揭示出IC知識集成的知識集成的“黑洞黑洞”效應。效應。隨著隨著IC知識集成的發(fā)展，電路系統(tǒng)設計專家經(jīng)歷了解放、興知識集成的發(fā)展，電路系統(tǒng)設

13、計專家經(jīng)歷了解放、興奮、困惑到貧困的時代。奮、困惑到貧困的時代。 集成電路發(fā)展對電子技術和電子行業(yè)的影響集成電路發(fā)展對電子技術和電子行業(yè)的影響EE141 2011 Aifeng Ren電子信息科學概論48 電子信息科學概論MTI48Unit 2-1 集成電路EE141 2011 Aifeng Ren電子信息科學概論49 電子信息科學概論MTI49Unit 2-1 集成電路EE141 2011 Aifeng Ren電子信息科學概論50 電子信息科學概論MTI50Unit 2-1 集成電路EE141 2011 Aifeng Ren電子信息科學概論51 電子信息科學概論MTI51Unit 2-1 集

14、成電路NPAnodeCathodeNNPSourceGateDrainNNPCollectorEmitterBaseCollectorBaseEmitterDrainSourceGateAnodeCathodeFETDiodeBJTEE141 2011 Aifeng Ren電子信息科學概論52 電子信息科學概論MTI52Unit 2-1 集成電路EE141 2011 Aifeng Ren電子信息科學概論53 電子信息科學概論MTI53Unit 2-1 集成電路EE141 2011 Aifeng Ren電子信息科學概論54 電子信息科學概論MTI54Unit 2-1 集成電路EE141 2011

15、 Aifeng Ren電子信息科學概論55 電子信息科學概論MTI55Unit 2-1 集成電路EE141 2011 Aifeng Ren電子信息科學概論56 電子信息科學概論MTI56Unit 2-1 集成電路EE141 2011 Aifeng Ren電子信息科學概論57 電子信息科學概論MTI57Unit 2-1 集成電路EE141 2011 Aifeng Ren電子信息科學概論58 電子信息科學概論MTI58Unit 2-1 集成電路EE141 2011 Aifeng Ren電子信息科學概論59 電子信息科學概論MTI59Unit 2-1 集成電路EE141 2011 Aifeng Re

16、n電子信息科學概論60 電子信息科學概論MTI60Unit 2-1 集成電路EE141 2011 Aifeng Ren電子信息科學概論61 電子信息科學概論MTI61Unit 2-1 集成電路EE141 2011 Aifeng Ren電子信息科學概論62 電子信息科學概論MTI62Unit 2-1 集成電路EE141 2011 Aifeng Ren電子信息科學概論63 電子信息科學概論MTI63Unit 2-1 集成電路197019751980198519901995200020050.010.1110Feature size (m)EE141 2011 Aifeng Ren電子信息科學概論6

17、4 電子信息科學概論MTI64Unit 2-1 集成電路EE141 2011 Aifeng Ren電子信息科學概論65 電子信息科學概論MTI65Unit 2-1 集成電路EE141 2011 Aifeng Ren電子信息科學概論66 電子信息科學概論MTI66 Unit 2-2 專用集成電路（專用集成電路（ASIC）EE141 2011 Aifeng Ren電子信息科學概論67 電子信息科學概論MTI67EE141 2011 Aifeng Ren電子信息科學概論68 電子信息科學概論MTI68EE141 2011 Aifeng Ren電子信息科學概論69 電子信息科學概論MTI69EE141

18、 2011 Aifeng Ren電子信息科學概論70 電子信息科學概論MTI70Unit 2-2 專用集成電路（ASIC）EE141 2011 Aifeng Ren電子信息科學概論71 電子信息科學概論MTI71Unit 2-2 專用集成電路（ASIC）EE141 2011 Aifeng Ren電子信息科學概論72 電子信息科學概論MTI72Unit 2-2 專用集成電路（ASIC）EE141 2011 Aifeng Ren電子信息科學概論73 電子信息科學概論MTI73Unit 2-2 專用集成電路（ASIC）EE141 2011 Aifeng Ren電子信息科學概論74 電子信息科學概論M

19、TI74Unit 2-2 專用集成電路（ASIC）EE141 2011 Aifeng Ren電子信息科學概論75 電子信息科學概論MTI75Unit 2-2 專用集成電路（ASIC）EE141 2011 Aifeng Ren電子信息科學概論76 電子信息科學概論MTI76Unit 2-2 專用集成電路（ASIC） 歷史歷史EE141 2011 Aifeng Ren電子信息科學概論77 電子信息科學概論MTI77Unit 2-2 專用集成電路（ASIC） 標準單元設計標準單元設計EE141 2011 Aifeng Ren電子信息科學概論78 電子信息科學概論MTI78Unit 2-2 專用集成電

20、路（ASIC） 標準單元設計標準單元設計EE141 2011 Aifeng Ren電子信息科學概論79 電子信息科學概論MTI79Unit 2-2 專用集成電路（ASIC） 標準單元設計標準單元設計EE141 2011 Aifeng Ren電子信息科學概論80 電子信息科學概論MTI80Unit 2-2 專用集成電路（ASIC） 標準單元設計標準單元設計EE141 2011 Aifeng Ren電子信息科學概論81 電子信息科學概論MTI81Unit 2-2 專用集成電路（ASIC） 標準單元設計標準單元設計EE141 2011 Aifeng Ren電子信息科學概論82 電子信息科學概論MTI

21、82Unit 2-2 專用集成電路（ASIC） 標準單元設計標準單元設計EE141 2011 Aifeng Ren電子信息科學概論83 電子信息科學概論MTI83Unit 2-2 專用集成電路（ASIC） 標準單元設計標準單元設計EE141 2011 Aifeng Ren電子信息科學概論84 電子信息科學概論MTI84Unit 2-2 專用集成電路（ASIC） 標準單元設計標準單元設計EE141 2011 Aifeng Ren電子信息科學概論85 電子信息科學概論MTI85Unit 2-2 專用集成電路（ASIC） 標準單元設計標準單元設計EE141 2011 Aifeng Ren電子信息科學

22、概論86 電子信息科學概論MTI86Unit 2-2 專用集成電路（ASIC） 標準單元設計標準單元設計EE141 2011 Aifeng Ren電子信息科學概論87 電子信息科學概論MTI87Unit 2-2 專用集成電路（ASIC） 標準單元設計標準單元設計EE141 2011 Aifeng Ren電子信息科學概論88 電子信息科學概論MTI88Unit 2-2 專用集成電路（ASIC） 標準單元設計標準單元設計EE141 2011 Aifeng Ren電子信息科學概論89 電子信息科學概論MTI89Unit 2-2 專用集成電路（ASIC） 標準單元設計標準單元設計EE141 2011

23、Aifeng Ren電子信息科學概論90 電子信息科學概論MTI90Unit 2-2 專用集成電路（ASIC） 標準單元設計標準單元設計EE141 2011 Aifeng Ren電子信息科學概論91 電子信息科學概論MTI91Unit 2-2 專用集成電路（ASIC） 門陣列設計門陣列設計EE141 2011 Aifeng Ren電子信息科學概論92 電子信息科學概論MTI92Unit 2-2 專用集成電路（ASIC） 門陣列設計門陣列設計EE141 2011 Aifeng Ren電子信息科學概論93 電子信息科學概論MTI93Unit 2-2 專用集成電路（ASIC） 門陣列設計門陣列設計EE141 2011 Aifeng Ren電子信息科學概論94 電子信息科學概論MTI94Unit 2-2 專用集成電路（ASIC） 門陣列設計門陣列設計IP core (intellectual property core)：預先設計好，可復用，：預先設計好，可復用，有知識產(chǎn)權的硬件或軟件塊有知識產(chǎn)權的硬件或軟件塊EE141 2011 Aifeng Ren電子信息科學概論95 電子信息科學概論MTI95Unit 2-2 專用集成電路（ASIC） 門陣列