信息科學(xué)與電子工程專業(yè)英語(yǔ)Lecture02

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

2、概論5 電子信息科學(xué)概論MTI5EE141 2011 Aifeng Ren電子信息科學(xué)概論6 電子信息科學(xué)概論MTI6Unit 2-1 集成電路EE141 2011 Aifeng Ren電子信息科學(xué)概論7 電子信息科學(xué)概論MTI7集成電路集成電路 Integrated Circuits/IC是指用半導(dǎo)體工藝，或薄膜、厚膜工藝（或這些工藝是指用半導(dǎo)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(wú)源器件有源、無(wú)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(dǎo)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(dǎo)體或絕緣材料基片上，最后封裝在一個(gè)在一個(gè)管殼

3、管殼內(nèi)，構(gòu)成一個(gè)完整的、具有特定功能的電路、內(nèi)，構(gòu)成一個(gè)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(shè)計(jì)過(guò)程框架集成電路芯片設(shè)計(jì)過(guò)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(shè)計(jì)（行為設(shè)計(jì)（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(shí)序仿真時(shí)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(xì)加），表征微細(xì)加工技術(shù)水平的主要技術(shù)指標(biāo)之一，是指工藝所能加工出的最工技術(shù)水平的主要技術(shù)指標(biāo)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(gè)晶體管世界上第一個(gè)晶體管-PNP點(diǎn)接觸式點(diǎn)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(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)室，于，于1948年年1月月 提出結(jié)型晶體管模型和場(chǎng)效應(yīng)理論，并研制出第一只提出結(jié)型晶體管模型和場(chǎng)效應(yīng)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(xué)獎(jiǎng)年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)2000年度諾貝爾年度諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)得主物理學(xué)獎(jiǎng)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(dǎo)體實(shí)在德州儀器半導(dǎo)體實(shí)驗(yàn)室展示了一個(gè)構(gòu)造較為簡(jiǎn)單的設(shè)備。第一次將所有有源和無(wú)驗(yàn)室展示了一個(gè)構(gòu)造較為簡(jiǎn)單的設(shè)備。第一次將所有有源和無(wú)源元器件都集合到只有一個(gè)曲別針大小

6、（不足源元器件都集合到只有一個(gè)曲別針大小（不足1/2英寸見(jiàn)方）的英寸見(jiàn)方）的半導(dǎo)體材料上。這塊集成電路共集成了十二個(gè)元件（兩個(gè)晶體半導(dǎo)體材料上。這塊集成電路共集成了十二個(gè)元件（兩個(gè)晶體管、兩個(gè)電容和八個(gè)電阻）。管、兩個(gè)電容和八個(gè)電阻）。1959年年 美國(guó)美國(guó)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(shù)，從而推動(dòng)了的平面工藝技術(shù)，從而推動(dòng)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(yīng)用出現(xiàn)并得到廣泛應(yīng)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(jìn)入了嶄新的階段。進(jìn)入了嶄新的階段。 （其標(biāo)志為（其標(biāo)志為CD 2 m，集成度，集成度 105 個(gè)元件個(gè)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(shù)等代表更高技術(shù) 展展 望望 可望突破一些先前認(rèn)為的可望突破一些先前認(rèn)為的IC發(fā)展極限，對(duì)集成電路發(fā)展極限，對(duì)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(zhǎng)大?。洪L(zhǎng)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(wú)故障運(yùn)行時(shí)間：；平均無(wú)故障運(yùn)行時(shí)間：7min8088Intel 3861971年年第一個(gè)微處理器第一個(gè)微處理器2000多個(gè)晶體管多個(gè)晶體管101982年年286微處理器微處理器13.4萬(wàn)個(gè)晶體管萬(wàn)個(gè)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(wàn)晶體管萬(wàn)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(shù)是全新技術(shù)是全新的技術(shù)，可以讓摩爾定律至少的技術(shù)，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(shù)制造納米技術(shù)制造21世紀(jì)微電子芯片技術(shù)展望世紀(jì)微電子芯片技術(shù)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(lái)發(fā)展到年（后來(lái)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(cuò)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(lái)第三代SOC片上芯片（片上芯片（）的概念是）的概念是20世紀(jì)世紀(jì)90年代提出年代提出來(lái)的，它的目標(biāo)是為了克服多芯片集成系統(tǒng)所產(chǎn)生的一些困難，來(lái)的，它的目標(biāo)是為了克服多芯片集成系統(tǒng)所產(chǎn)生的一些困難，通過(guò)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(guò)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(jí)工藝微米級(jí)工藝基于晶體管級(jí)互連基于晶體管級(jí)互連主流主流CAD：圖形編輯：圖形編輯VddABOutPEL2MEMMathBusControllerIOGraphics PCB集成集成 工藝無(wú)關(guān)工藝無(wú)關(guān)系統(tǒng)系統(tǒng)亞微米級(jí)工藝亞微米級(jí)工藝依賴工藝依賴工藝基于標(biāo)準(zhǔn)單元互連基于標(biāo)準(zhǔn)單元互連主流主流

12、CAD:門陣列門陣列 標(biāo)準(zhǔn)單元標(biāo)準(zhǔn)單元集成電路芯片集成電路芯片超深亞微米級(jí)工藝超深亞微米級(jí)工藝基于基于IPIP復(fù)用復(fù)用主流主流CADCAD：軟硬件協(xié)：軟硬件協(xié) 同設(shè)計(jì)同設(shè)計(jì) MEMS（Micro-Electro-Mechanical Systems) 1mm 氣囊加速度計(jì)氣囊加速度計(jì)集成電路技術(shù)的特點(diǎn)集成電路技術(shù)的特點(diǎn)- 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(méi)揭示出發(fā)展中電路集成的量變法則，但沒(méi)揭示出IC知識(shí)集成的知識(shí)集成的“黑洞黑洞”效應(yīng)。效應(yīng)。隨著隨著IC知識(shí)集成的發(fā)展，電路系統(tǒng)設(shè)計(jì)專家經(jīng)歷了解放、興知識(shí)集成的發(fā)展，電路系統(tǒng)設(shè)

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

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

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

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

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

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

19、TI74Unit 2-2 專用集成電路（ASIC）EE141 2011 Aifeng Ren電子信息科學(xué)概論75 電子信息科學(xué)概論MTI75Unit 2-2 專用集成電路（ASIC）EE141 2011 Aifeng Ren電子信息科學(xué)概論76 電子信息科學(xué)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(xué)概論77 電子信息科學(xué)概論MTI77Unit 2-2 專用集成電路（ASIC） 標(biāo)準(zhǔn)單元設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)單元設(shè)計(jì)EE141 2011 Aifeng Ren電子信息科學(xué)概論78 電子信息科學(xué)概論MTI78Unit 2-2 專用集成電

20、路（ASIC） 標(biāo)準(zhǔn)單元設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)單元設(shè)計(jì)EE141 2011 Aifeng Ren電子信息科學(xué)概論79 電子信息科學(xué)概論MTI79Unit 2-2 專用集成電路（ASIC） 標(biāo)準(zhǔn)單元設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)單元設(shè)計(jì)EE141 2011 Aifeng Ren電子信息科學(xué)概論80 電子信息科學(xué)概論MTI80Unit 2-2 專用集成電路（ASIC） 標(biāo)準(zhǔn)單元設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)單元設(shè)計(jì)EE141 2011 Aifeng Ren電子信息科學(xué)概論81 電子信息科學(xué)概論MTI81Unit 2-2 專用集成電路（ASIC） 標(biāo)準(zhǔn)單元設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)單元設(shè)計(jì)EE141 2011 Aifeng Ren電子信息科學(xué)概論82 電子信息科學(xué)概論MTI

21、82Unit 2-2 專用集成電路（ASIC） 標(biāo)準(zhǔn)單元設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)單元設(shè)計(jì)EE141 2011 Aifeng Ren電子信息科學(xué)概論83 電子信息科學(xué)概論MTI83Unit 2-2 專用集成電路（ASIC） 標(biāo)準(zhǔn)單元設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)單元設(shè)計(jì)EE141 2011 Aifeng Ren電子信息科學(xué)概論84 電子信息科學(xué)概論MTI84Unit 2-2 專用集成電路（ASIC） 標(biāo)準(zhǔn)單元設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)單元設(shè)計(jì)EE141 2011 Aifeng Ren電子信息科學(xué)概論85 電子信息科學(xué)概論MTI85Unit 2-2 專用集成電路（ASIC） 標(biāo)準(zhǔn)單元設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)單元設(shè)計(jì)EE141 2011 Aifeng Ren電子信息科學(xué)

22、概論86 電子信息科學(xué)概論MTI86Unit 2-2 專用集成電路（ASIC） 標(biāo)準(zhǔn)單元設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)單元設(shè)計(jì)EE141 2011 Aifeng Ren電子信息科學(xué)概論87 電子信息科學(xué)概論MTI87Unit 2-2 專用集成電路（ASIC） 標(biāo)準(zhǔn)單元設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)單元設(shè)計(jì)EE141 2011 Aifeng Ren電子信息科學(xué)概論88 電子信息科學(xué)概論MTI88Unit 2-2 專用集成電路（ASIC） 標(biāo)準(zhǔn)單元設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)單元設(shè)計(jì)EE141 2011 Aifeng Ren電子信息科學(xué)概論89 電子信息科學(xué)概論MTI89Unit 2-2 專用集成電路（ASIC） 標(biāo)準(zhǔn)單元設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)單元設(shè)計(jì)EE141 2011

23、Aifeng Ren電子信息科學(xué)概論90 電子信息科學(xué)概論MTI90Unit 2-2 專用集成電路（ASIC） 標(biāo)準(zhǔn)單元設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)單元設(shè)計(jì)EE141 2011 Aifeng Ren電子信息科學(xué)概論91 電子信息科學(xué)概論MTI91Unit 2-2 專用集成電路（ASIC） 門陣列設(shè)計(jì)門陣列設(shè)計(jì)EE141 2011 Aifeng Ren電子信息科學(xué)概論92 電子信息科學(xué)概論MTI92Unit 2-2 專用集成電路（ASIC） 門陣列設(shè)計(jì)門陣列設(shè)計(jì)EE141 2011 Aifeng Ren電子信息科學(xué)概論93 電子信息科學(xué)概論MTI93Unit 2-2 專用集成電路（ASIC） 門陣列設(shè)計(jì)門陣列設(shè)計(jì)EE141 2011 Aifeng Ren電子信息科學(xué)概論94 電子信息科學(xué)概論MTI94Unit 2-2 專用集成電路（ASIC） 門陣列設(shè)計(jì)門陣列設(shè)計(jì)IP core (intellectual property core)：預(yù)先設(shè)計(jì)好，可復(fù)用，：預(yù)先設(shè)計(jì)好，可復(fù)用，有知識(shí)產(chǎn)權(quán)的硬件或軟件塊有知識(shí)產(chǎn)權(quán)的硬件或軟件塊EE141 2011 Aifeng Ren電子信息科學(xué)概論95 電子信息科學(xué)概論MTI95Unit 2-2 專用集成電路（ASIC） 門陣列