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集成电路:发展历程、设计方法与摩尔定律解析
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更新于2024-07-10
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集成电路-ch1.ppt是关于集成电路设计基础的第一章内容,该章节详述了集成电路的起源、发展历程、分类及制造工艺、设计要求与方法。首先,讲述了集成电路的起源,1959年德州仪器和西屋电气公司制造出第一块含有4个晶体管的芯片,标志着IC的诞生。随后,发展进程被概括为SSI、MSI、LSI、VLSI和ULSI等阶段,展示了集成度的不断提高,例如现今可达40亿个晶体管和0.1um工艺线宽,以及工作频率的显著提升。 章节重点讨论了摩尔定律,这是由英特尔联合创始人戈登·摩尔在1960年提出的,预测了集成电路的功能每18个月翻一番,价格保持不变。虽然当前速度有所放缓,但预计至少到2012年之前,这一理论仍然成立。集成电路的集成度持续增强,DRAM容量每三年翻两番,如从1965年到1996年间微处理器性能的巨大飞跃。 然而,摩尔定律的经济版本,即纳斯达克指数的加速定律,在1995年至2000年间已经失效,表明技术进步的速度并非始终如初。尽管如此,技术摩尔定律在1995年至2010年期间仍保持有效性,预示着芯片发展的持续趋势。 本章还对未来15年的集成电路技术发展进行了预测,尽管摩尔定律的原始形式可能不再适用,但技术进步的其他形式或新定律可能会继续推动行业的革新。整体来看,集成电路设计概述提供了集成电路的基础知识,对于理解现代信息技术的基石具有重要意义。
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数字 IC
•
数字信号是在时间和幅度的某些离散点上有确定值的信号
•
对数字信号进行处理的 IC 称为数字 IC ,如控制器、微处理器、
ROM 和 RAM 等
–
数 - 模混合 IC
•
由于模拟采样技术和 MOS 工艺的发展,一个芯片能同时处理数字和模
拟两种信号,这种 IC 称为数 - 模混合 IC
•
数 - 模混合集成电路的发展,出现了系统级芯片 (SOC) ,它结合了数字
技术和模拟技术,把 D / A 转换器、微处理器和存储器等集成在单个
芯片上。
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•
按生产的目的分类
–
通用集成电路:
•
如微处理器 (CPU) 芯片、存储器芯片、计算机外围电路芯片等等。
这些芯片生产批量大,对电路的性能和芯片的利用率要求高,而对
设计的成本、设计周期的要求可以放宽。
–
专用集成电路
•
ASIC (application specific integrated circuit): 或用户专用 IC(customer specific IC)
–
为某些用户的专门用途而生产的芯片,或者说是除了通用芯片以外的
均属于 ASIC 。其特点与通用 IC 正相反,并且对 EDA( 电子设计自动
化 ) 工具的要求较高。
–
如半定制、定制特殊电路、 PLD 和 FPGA 电路,也包括采用门阵列和
标准单元设计并制造的电路。
•
ASSP (application specific standard product) 专用的标准产品
–
这类集成电路也是采用 ASIC 技术设计和制造的,但它是作为标准产品
买给多个用户,它被列入制造商的产品目录中。
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如 LAN 用电路、图形处理用集成电路、通信用 CODEC 等
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•
按设计风格分类
–
通用集成全定制 (full-custom) 方式。
•
它主要是基于晶体管级的芯片设计,芯片中的全部器件及互
连线的版图都是按照系统要求进行人工设计的,尽量达到密
度高、速度快、面积小和功耗低的要求,因此批量生产时经
济性好,但是设计开发时间长,设计费用高。只有对于大量
生产的通用 IC 或对性能有特殊要求的电路才适合采用全定
制方式。但是最近随着硅编译技术的发展和设计自动化程度
的不断提高, EDA 工具提供了大量的经过精心设计好的标
准化单元,使得全定制设计方法得到越来越广泛的应
用。 CMOS 模拟集成电路的设计也属于这类电路:
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