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集成電路的發(fā)展與應(yīng)用IntegratedcircuitTimeYouth測控1401第二組組員:劉金濤王棟王清
吳天昊甘智超第一頁,共三十三頁。
集成電路(IC)所謂集成電路(IC),就是在一塊極小的硅單晶片上,利用半導(dǎo)體工藝制作上許多晶體二極管、三極管及電阻、電容等元件,并連接成完成特定電子技術(shù)功能的電子電路。從外觀上看,它已成為一個不可分割的完整器件,集成電路在體積、重量、耗電、壽命、可靠性及電性能方面遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于晶體管元件組成的電路,目前為止已廣泛應(yīng)用于電子設(shè)備、儀器儀表及電視機(jī)、錄像機(jī)等電子設(shè)備中。第二頁,共三十三頁。
世界集成電路發(fā)展史1912年前后,電子管的制作日趨成熟引發(fā)了無線電技術(shù)的發(fā)展;1906年,第一個電子管誕生;1920年,發(fā)現(xiàn)半導(dǎo)體材料所具有的光敏特性;1918年前后,逐步發(fā)現(xiàn)了半導(dǎo)體材料;1932年前后,運(yùn)用量子學(xué)說建立了能帶理論研究半導(dǎo)體現(xiàn)象;1956年,硅臺面晶體管問世;1960年12月,世界上第一塊硅集成電路制造成功;1966年,美國貝爾實(shí)驗(yàn)室使用比較完善的硅外延平面工藝制造成第一塊公認(rèn)的大規(guī)模集成電路。1997年:300MHz奔騰Ⅱ問世,采用0.25μm工藝,奔騰系列芯片的推出讓計(jì)算機(jī)的發(fā)展如虎添翼,發(fā)展速度讓人驚嘆。2009年:intel酷睿i系列全新推出,創(chuàng)紀(jì)錄采用了領(lǐng)先的32納米工藝,并且下一代22納米工藝正在研發(fā)。第三頁,共三十三頁。
世界集成電路發(fā)展史電子管晶體管集成電路電子管,是一種在氣密性封閉容器中產(chǎn)生電流傳導(dǎo),利用電場對真空中的電子流的作用以獲得信號放大或振蕩的電子器件。由于電子管體積大、功耗大、發(fā)熱厲害、壽命短、電源利用效率低、結(jié)構(gòu)脆弱而且需要高壓電源的缺點(diǎn),很快就不適合發(fā)展的需求,被淘汰的命運(yùn)就沒躲過。晶體管,是一種固體半導(dǎo)體器件,可以用于檢波、整流、放大、開關(guān)、穩(wěn)壓、信號調(diào)制和許多其它功能。晶體管很快就成為計(jì)算機(jī)“理想的神經(jīng)細(xì)胞”,從而得到廣泛的使用。雖然晶體管的功能比電子管大了很多,但由于電子信息技術(shù)的發(fā)展,晶體管也越來越不適合科技的發(fā)展,隨之出現(xiàn)的就是能力更強(qiáng)的集成電路了。第四頁,共三十三頁。
中國集成電路發(fā)展史中國的集成電路產(chǎn)業(yè)起步于20世紀(jì)60年代中期1976年,中國科學(xué)院計(jì)算機(jī)研究所研制成功1000萬次大型電子計(jì)算機(jī)所使用的電路為中國科學(xué)院109廠研制的ECL型電路;1986年,電子部提出“七五”期間,我國集成電路技術(shù)“531”發(fā)展戰(zhàn)略,即推進(jìn)5微米技術(shù),開發(fā)3微米技術(shù),進(jìn)行1微米技術(shù)科技攻關(guān);1995年,電子部提出“九五”集成電路發(fā)展戰(zhàn)略:以市場為導(dǎo)向,以CAD為突破口,產(chǎn)學(xué)研用相結(jié)合以我為主,開展國際合作,強(qiáng)化投資;在2003年,中國半導(dǎo)體占世界半導(dǎo)體銷售額的9%,電子市場達(dá)到860億美元,中國成為世界第二大半導(dǎo)體市場,中國中高技術(shù)產(chǎn)品的需求將成為國民經(jīng)濟(jì)新的增長動力。到現(xiàn)在已經(jīng)初具規(guī)模,形成了產(chǎn)品設(shè)計(jì)、芯片制造、電路封裝共同發(fā)展的態(tài)勢。我們相信,隨著我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和對集成電路的重視程度的提高,我國集成電路事業(yè)也會有更大的發(fā)展。第五頁,共三十三頁。
中國集成電路發(fā)展現(xiàn)狀
中國人使用手機(jī)采用的芯片中,只有不足兩成是我國自主研發(fā)生產(chǎn)的,至于4G手機(jī)采用的芯片,則基本上都是依靠國外進(jìn)口。工信部的數(shù)據(jù)顯示,2013年我國集成電路進(jìn)口額高達(dá)2313億美元,同比增長20.5%,而海關(guān)總署數(shù)據(jù)顯示同期我國原油進(jìn)口總額約2196億美元。事實(shí)上,中國有十余年集成電路進(jìn)口額超過石油,長期居各類進(jìn)口產(chǎn)品之首。一直以來,我國芯片產(chǎn)業(yè)受制于人。
國務(wù)院發(fā)展研究中心發(fā)布的《二十國集團(tuán)國家創(chuàng)新競爭力黃皮書》指出,中國關(guān)鍵核心技術(shù)對外依賴度高,80%芯片都靠進(jìn)口。我國一年制造11.8億部手機(jī)、3.5億臺計(jì)算機(jī)、1.3億臺彩電,都是世界第一,但嵌在其中的芯片專利費(fèi)用卻讓中國企業(yè)淪為國際廠商的打工者。
發(fā)展集成電路的重要性和必要性在全國已有共識。中科院半導(dǎo)體研究所研究員吳南健說,各種芯片中,CPU、儲存器等我國都無法自給,一些有規(guī)模的公司,也多數(shù)是給低端手機(jī)做配套,而高價值產(chǎn)品基本已被國外公司壟斷。一、芯片產(chǎn)業(yè)受制于人第六頁,共三十三頁。
中國集成電路發(fā)展現(xiàn)狀一、芯片產(chǎn)業(yè)受制于人第七頁,共三十三頁。
中國集成電路發(fā)展現(xiàn)狀
事例:2013年在中國移動一期TD-LTE(4G)招標(biāo)中,國產(chǎn)芯片廠商集體失意。終端招標(biāo)結(jié)果顯示,采用美國高通芯片的中標(biāo)終端產(chǎn)品占一半以上,而國產(chǎn)芯片廠商只有華為海思中標(biāo)。
目前我國半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)中,芯片設(shè)計(jì)水平與國際基本相當(dāng),封裝技術(shù)水平有4至5年差距,制造工藝差距在3年半左右。在推動芯片產(chǎn)業(yè)發(fā)展中,我國投入不可謂不大。鄧中翰表示,國家出臺的支持芯片發(fā)展的重大專項(xiàng),有不少都是百億元級別的投入。北京、上海、武漢、西安等地的芯片制造商在國有銀行和當(dāng)?shù)卣闹С窒孪虬雽?dǎo)體產(chǎn)業(yè)投入了巨資。二、與國際先進(jìn)水平存在差距第八頁,共三十三頁。
中國集成電路發(fā)展現(xiàn)狀然而,經(jīng)過多年努力,本土芯片制造商仍處于發(fā)展初期,其中最具代表性的中芯國際等企業(yè),與競爭對手英特爾、三星電子、臺積電等國際半導(dǎo)體巨頭相比,仍存在巨大差距?!昂诵募夹g(shù)是買不來的。”鄧中翰說,由于資金、技術(shù)、管理等方面的劣勢,我國企業(yè)依然很難與國外巨頭競爭。一方面,與國外相比,中國的芯片產(chǎn)業(yè)起步較晚,核心技術(shù)受制于人;另一方面,相比國外動輒上百億美元的投入,我國的投入依然相對偏小。二、與國際先進(jìn)水平存在差距第九頁,共三十三頁。中國集成電路發(fā)展未來趨勢
數(shù)據(jù)顯示,全球半導(dǎo)體市場2013年恢復(fù)增長。我國集成電路行業(yè)抓住市場契機(jī),在國家加快推動集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展相關(guān)政策的支持下,全年完成銷售產(chǎn)值2693億元,同比增長7.9%,增幅高于上年2.9個百分點(diǎn);累計(jì)生產(chǎn)集成電路866.5億塊,同比增長5.3%。與此同時,行業(yè)效益也得到大幅改善。2013年,集成電路行業(yè)實(shí)現(xiàn)利潤總額148億元,同比增長28.3%,扭轉(zhuǎn)了上年下滑14.6%的局面;銷售利潤率6.1%,比上年提高1.1個百分點(diǎn)。目前,集成電路產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)正處于良性調(diào)整階段。2013年IC設(shè)計(jì)收入增長19%,設(shè)計(jì)業(yè)在全行業(yè)中比重超過30%,重點(diǎn)企業(yè)快速成長,本土封裝測試企業(yè)業(yè)績也有大幅增長。三、中國集成電路產(chǎn)業(yè)形勢大好第十頁,共三十三頁。中國集成電路發(fā)展未來趨勢三、中國集成電路產(chǎn)業(yè)形勢大好第十一頁,共三十三頁。中國集成電路發(fā)展未來趨勢
隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步,客戶和設(shè)備供應(yīng)商面臨的工藝和整合方面的挑戰(zhàn)日益嚴(yán)峻。新的元件結(jié)構(gòu)和材料上的變革都將對客戶的發(fā)展戰(zhàn)略起到?jīng)Q定作用。在晶圓代工產(chǎn)業(yè),14nm/16nm的FinFET器件已取得了一定的發(fā)展。擁有較低泄漏率和更高速度的低功率晶體管備受矚目。3DNAND使平面NAND降到20nm以下,創(chuàng)造出外形更小巧、位密度更高的產(chǎn)品。在3DNAND方面,隨著產(chǎn)品從24個單元疊層向32個/64個增加,我們也面臨著高縱橫比(HAR)方面的挑戰(zhàn)。
未來IC產(chǎn)品的創(chuàng)新,不是單純集成更多的功能,而是隨著生活水平的提高,圍繞人們生活質(zhì)量的改善來創(chuàng)新和開發(fā)創(chuàng)意產(chǎn)品。能否開發(fā)出有精準(zhǔn)市場定位的創(chuàng)新產(chǎn)品,將在相當(dāng)程度上決定一個企業(yè)的成敗。
四、中國集成電路產(chǎn)業(yè)變革在即第十二頁,共三十三頁。中國集成電路發(fā)展未來趨勢
就目前而言,我國的集成電路技術(shù)與國際的先進(jìn)水平仍有較大差距,無法提供高質(zhì)量高水平的產(chǎn)品,在國際市場的競爭中也常常處于劣勢。幸運(yùn)的是,由于國家的重視與大力支持,我國創(chuàng)新水平提升、相關(guān)產(chǎn)業(yè)鏈逐步完善,我國的集成電路產(chǎn)業(yè)已經(jīng)得到快速發(fā)展,并取得一定的成果。不過隨著技術(shù)的發(fā)展與社會的進(jìn)步,我國的集成電路產(chǎn)業(yè)也面臨著越來越多的挑戰(zhàn)。
五、總結(jié)第十三頁,共三十三頁。中國集成電路發(fā)展未來趨勢
我們不得不注意到其中存在的問題,例如與國外相比,中國的芯片產(chǎn)業(yè)起步較晚,核心技術(shù)受制于人;另一方面,相比國外動輒上百億美元的投入,我國的投入依然相對偏小。我國在創(chuàng)新體制機(jī)制上仍有欠缺,缺乏市場頂層設(shè)計(jì)。我國一些部門、企業(yè)還是習(xí)慣跟蹤思維,國外有什么東西就跟著做什么東西。所以要想實(shí)現(xiàn)我國集成電路產(chǎn)業(yè)的健康、可持續(xù)的發(fā)展,不管是企業(yè)還是國家都需要做出努力。
比如說,國家應(yīng)加大支持力度,設(shè)立先進(jìn)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)發(fā)展專項(xiàng)資金,并建立穩(wěn)定的財政投入增長機(jī)制,加大對半導(dǎo)體設(shè)計(jì)、制造等方面重點(diǎn)企業(yè)的集中投入;同時,研究出臺促進(jìn)先進(jìn)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)發(fā)展的優(yōu)惠稅收政策。國家應(yīng)實(shí)施標(biāo)準(zhǔn)化戰(zhàn)略,用好政府和市場兩只手,創(chuàng)造“跨越式”新需求,加大對在國內(nèi)外市場或標(biāo)準(zhǔn)方面具有優(yōu)勢的國內(nèi)企業(yè)的支持力度,培養(yǎng)國內(nèi)產(chǎn)業(yè)的核心競爭力,從根本上擺脫受制于人的局面。五、總結(jié)第十四頁,共三十三頁。中國集成電路發(fā)展未來趨勢
同時,企業(yè)應(yīng)主要通過提高自身的研發(fā)能力、技術(shù)創(chuàng)新和知識產(chǎn)權(quán)保護(hù)管理水平,并構(gòu)建以專利保護(hù)為核心及正確的申請策略、保護(hù)策略和經(jīng)營策略為支撐的知識產(chǎn)權(quán)戰(zhàn)略體系,從而努力提高自主創(chuàng)新能力。與海外科技企業(yè)和研發(fā)機(jī)構(gòu)展開多層次合作等方式也可以作為輔助手段。此外,企業(yè)可以通過國內(nèi)外的兼并重組,提升企業(yè)的國際競爭力。在市場制度創(chuàng)新方面,國內(nèi)設(shè)備公司應(yīng)該進(jìn)一步加強(qiáng)發(fā)展海外市場,采取多種方式,如在海外設(shè)立分支機(jī)構(gòu)提升客戶服務(wù)質(zhì)量和水平,并拓寬市場渠道。當(dāng)然,想要實(shí)現(xiàn)更遠(yuǎn)大的目標(biāo),僅僅做到以上要求是不夠的,未來的發(fā)展之路一定是充滿挑戰(zhàn)與艱辛的,但只要國家與企業(yè)積極地努力,我國的集成電路產(chǎn)業(yè)一定會有良好的發(fā)展前景。五、總結(jié)第十五頁,共三十三頁。
集成電路在生活上的應(yīng)用
集成電路對一般人來說也許會有陌生感,但其實(shí)我們和它打交道的機(jī)會很多。計(jì)算機(jī)、電視機(jī)、手機(jī)、網(wǎng)站、取款機(jī)等等,數(shù)不勝數(shù)。
集成電路技術(shù)在日常生活中的各個領(lǐng)域都有廣泛應(yīng)用。比如說在汽車上,微控制器、功率半導(dǎo)體器件、電源管理器件、LED驅(qū)動器和CCFL驅(qū)動器等汽車集成電路器件的應(yīng)用使得汽車能夠出于最佳工作狀態(tài);再比如說在熱能動力工程領(lǐng)域中的應(yīng)用,最簡單的莫過于溫控計(jì),當(dāng)然,火電廠中的信息管理系統(tǒng)是離不開集成電路技術(shù)的。
提到集成電路我們就不得不提到我們的日常生活,在我們生活中與集成電路有關(guān)的產(chǎn)品隨處可見。手機(jī)、電視、數(shù)碼相機(jī)、攝像機(jī)等都與我們的生活關(guān)系越來越近。第十六頁,共三十三頁。
集成電路在生活上的應(yīng)用
隨著技術(shù)的進(jìn)步和社會的發(fā)展,手機(jī)以其獨(dú)特的傳播功能,日益成為人們獲取信息、學(xué)習(xí)知識、交流思想的重要工具,成為文化傳播的重要平臺。目前,我國已有手機(jī)用戶5億多,形成以手機(jī)為載體的網(wǎng)站、報紙、出版物等新的文化。手機(jī)功能和手機(jī)款式也在不斷更新,以適應(yīng)現(xiàn)代人們生活的要求。各種各樣的手機(jī)接連問世,從小靈通到具有攝像功能的高新手機(jī),手機(jī)行業(yè)正在以驚人沖擊人們的思維和眼界,但無論手機(jī)如何變化,它內(nèi)部的集成電路卻是永遠(yuǎn)存在的。第十七頁,共三十三頁。
集成電路在生活上的應(yīng)用第十八頁,共三十三頁。
集成電路在生活上的應(yīng)用
伴隨著現(xiàn)代社會節(jié)奏的加快,外界娛樂費(fèi)用的增漲,電視傳播的普及,已經(jīng)為人們呆在家中提供了充足的理由和條件,足不出戶卻可以感受社會交談帶來的人際交際感覺。電視在不斷發(fā)展,從黑白到彩電,從液晶到曲面都離不開支持它的集成電路,集成電路的體積在越變越小,電視的功能也越來越豐富。
電視機(jī)用集成電路包括行、場掃描集成電路、中放集成電路、伴音集成電路、彩色解碼集成電路、AV/TV轉(zhuǎn)換集成電路、開關(guān)電源集成電路、遙控集成電路、麗音解碼集成電路、畫中畫處理集成電路、微處理器(CPU)集成電路存儲器集成電路等。第十九頁,共三十三頁。
集成電路在生活上的應(yīng)用第二十頁,共三十三頁。
集成電路在生活上的應(yīng)用
音響用集成電路包括AM/FM高中頻電路、立體聲解碼電路、音頻前置放大電路、音頻運(yùn)算放大集成電路、音頻功率放大集成電路、環(huán)繞聲處理集成電路、電平驅(qū)動集成電路,電子音量控制集成電路、延時混響集成電路、電子開關(guān)集成電路等。第二十一頁,共三十三頁。
集成電路在生活上的應(yīng)用
影碟機(jī)用集成電路有系統(tǒng)控制集成電路、視頻編碼集成電路、MPEG解碼集成電路、音頻信號處理集成電路、音響效果集成電路、RF信號處理集成電路、數(shù)字信號處理集成電路、伺服集成電路、電動機(jī)驅(qū)動集成電路等。錄像機(jī)用集成電路有系統(tǒng)控制集成電路、伺服集成電路、驅(qū)動集成電路、音頻處理集成電路、視頻處理集成電路。第二十二頁,共三十三頁。
集成電路在生活上的應(yīng)用
打印機(jī)的發(fā)展也離不開集成電路,它的便捷與多樣的功能,得益于它內(nèi)部一塊塊綠色的集成電路,雖然只有一塊瓷磚大的面積,卻集中了上百個電路元件,幾百種電路連接。
我們的生活處處都有集成電路的身影,集成電路讓我們的生活更加便捷高效。第二十三頁,共三十三頁。
集成電路在醫(yī)療上的應(yīng)用
在醫(yī)學(xué)管理方面IC卡醫(yī)療儀器管理系統(tǒng)就是典型代表。IC卡醫(yī)療儀器管理系統(tǒng)集IC卡、監(jiān)控、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)管理于一體,憑卡檢查,電子自動計(jì)時計(jì)次,可實(shí)現(xiàn)充值、打印,報表功能。系統(tǒng)性能穩(wěn)定,運(yùn)行可靠;控制醫(yī)療外部關(guān)鍵部位,不與醫(yī)療儀器內(nèi)部線路連接,不影響醫(yī)療儀器性能,不產(chǎn)生任何干擾;管理機(jī)與智能床有機(jī)結(jié)合,分析計(jì)次;影像系統(tǒng)自動識別,有效解決病人復(fù)查問題;輕松實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化管理,可隨時查閱檔案記錄,統(tǒng)計(jì)任意時間內(nèi)的就醫(yī)人數(shù)。第二十四頁,共三十三頁。
集成電路在醫(yī)療上的應(yīng)用
在健康應(yīng)用方面,臨時心臟起搏器作為治療各種病因?qū)е碌囊贿^性緩慢型心律失常及植入永久心臟起搏器前的過渡性治療,已廣泛應(yīng)用于臨床工作,技術(shù)成熟。在非心臟的外科手術(shù)患者中合并有心動過緩及傳導(dǎo)阻滯者,在圍手術(shù)期可因?yàn)槁樽?、藥物及手術(shù)的影響,加重心動過緩及傳導(dǎo)阻滯,增加了手術(shù)風(fēng)險,限制了外科手術(shù)的開展,而植入臨時心臟起搏器可有效解決上述問題,增加此類患者圍手術(shù)期的安全性。第二十五頁,共三十三頁。
集成電路在醫(yī)療上的應(yīng)用
磁振造影儀是一種新型醫(yī)療設(shè)備,對于治療許多疾病有它獨(dú)特的功效。磁振造影儀(MRI)是利用磁振造影的原理,將人體置于強(qiáng)大均勻的靜磁場中,透過特定的無線電波脈沖來改變區(qū)域磁場,藉此激發(fā)人體組織內(nèi)的氫原子核產(chǎn)生共振現(xiàn)象,而發(fā)生磁矩變化訊號。因?yàn)樯眢w中有不同的組織及成份,性質(zhì)也各異,所以會產(chǎn)生大小不同的訊號,再經(jīng)由計(jì)算機(jī)運(yùn)算及變換為影像,將人體的剖面組織構(gòu)造及病灶呈現(xiàn)為各種切面的斷層影像。第二十六頁,共三十三頁。由此可見,集成電路技術(shù)在醫(yī)療電子領(lǐng)域的應(yīng)用頗為廣泛,大致可以分為四類:醫(yī)學(xué)影像、醫(yī)療儀器、消費(fèi)型醫(yī)療設(shè)備和診斷、患者監(jiān)護(hù)與治療設(shè)備。第一類包括超生波、計(jì)算機(jī)化的X射線斷層掃描(即CT)、核磁共振成像(即MRI)、X射線等;第二類主要包括實(shí)驗(yàn)室配套電子設(shè)備、透析儀、分析儀器、外科手術(shù)設(shè)備、牙科設(shè)備等;第三類則偏重于患者使用的終端設(shè)備,包括數(shù)字體溫計(jì)、血糖計(jì)、血壓計(jì)等等;第四類則是協(xié)助醫(yī)生判斷的相應(yīng)設(shè)備,包括心電圖、腦電圖、血氧計(jì)、血壓計(jì)、溫度計(jì)、呼吸計(jì)、除顫器等等。當(dāng)然,這四種類型都是以集成電路技術(shù)為核心的醫(yī)療電子設(shè)備,它們基本上涵蓋了醫(yī)療電子領(lǐng)域的各種應(yīng)用,其中后面兩種類型的應(yīng)用更需要通過先進(jìn)的集成電路技術(shù)來達(dá)到醫(yī)療電子設(shè)備的小型化、智能化、低功耗和高分辨率等目標(biāo)。第二十七頁,共三十三頁。
集成電路在通信上的應(yīng)用一、集成電路與通信終端集成電路在通信終端中的作用是顯而易見的,手機(jī)從過去像塊磚頭一樣的“大哥大”到今天小巧玲瓏的時尚品,關(guān)鍵就是集成電路的進(jìn)步。移動通信與因特網(wǎng)的結(jié)合是個大趨勢。多種功能、小型輕巧、操作簡單、外觀時尚是人們對移動通信終端永恒的追求。而簡單生動的人機(jī)界面、豐富色彩的屏幕顯示,豐滿的音源、多種信息的同時獲取和超低功耗是移動因特網(wǎng)手機(jī)獲得成功并取得競爭優(yōu)勢的根本。例如,人們很少長時間地打電話。有統(tǒng)計(jì)表明語聲通信的平均時長為幾分鐘,而在因特網(wǎng)上瀏覽的平均時長則往往以小時為單位計(jì)算,這還不算信息的多樣化。顯然,對通信終端功耗的要求是相當(dāng)苛刻的。第二十八頁,共三十三頁。
集成電路在通信上的應(yīng)用第二十九頁,共三十三頁。
集成電路在通信上的應(yīng)用二、有線通信和無線通信當(dāng)前無線通信技術(shù)的幾個熱點(diǎn)是:第三代移動通信(3G)、移動通信手機(jī)、移動因特網(wǎng)、“藍(lán)牙”和無線局域網(wǎng)等。集成電路對無線通信的影響是巨大、深遠(yuǎn)和關(guān)鍵的。一個很具體的實(shí)例就是軟件無線電的應(yīng)用。無論是GSM、CDMA還是3G,一個典型的手機(jī)芯片組包括:基帶信號處理器,射頻(RF)電路和各類話音和數(shù)據(jù)接口。
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