物理學前沿講座現(xiàn)代電子技術的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢課件

1、物理學前沿講座現(xiàn)代電子技術的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 2022/7/2512022/7/252 當前社會是信息社會，信息技術目前還沒有一個十分統(tǒng)一的定義。 從廣義上講，凡是與上述諸方面相關的技術都可以叫做信息技術，通?？煞譃樗念悾锤袦y技術、通信技術、計算機技術和控制技術。 所謂感測技術，是指對信息的傳感、采集技術； 通信技術是傳遞信息的技術； 計算機技術是處理、存儲信息的技術； 控制技術則是使用與反饋信息的技術。 一般認為，信息技術就是獲取、處理、傳遞、儲存、使用信息的技術。2022/7/253 信息技術的應用性很強，因此又常被稱作“3C”技術、“3A”技術等等，此外還有“3D”之說。 3A是指工廠自

2、動化(Factory Automation)、辦公自動化(Office Automation)和家庭自動化(Home Automation)。 3C是指通信(Communication)、計算機(Computer)、控制(Control)三種技術，它們的英文名稱的第一個字母都是“C”，所以簡稱3C技術。 “3D” 是指數(shù)字傳輸(Digital Transmission)、數(shù)字交換(Digital Switching)、數(shù)字處理(Digital Processing)三種數(shù)字技術。 2022/7/254信息技術的基本結構大致可概括為： 計算機技術領域是核心； 電子技術是信息技術的關鍵支撐技術，其

3、中包括微電子技術、光電子技術； 信息材料技術是基礎信息技術，其中包括電子備料以及光學材料技術； 通信技術是信息技術的重要的直接組成部分。 2022/7/255 電子技術是十九世紀末、二十世紀初開始發(fā)展起來的新興技術，二十世紀發(fā)展最迅速，應用最廣泛，成為近代科學技術發(fā)展的一個重要標志。進入21世紀，人們面臨的是以微電子技術（半導體和集成電路為代表）電子計算機和因特網(wǎng)為標志的信息社會。高科技的廣泛應用使社會生產力和經(jīng)濟獲得了空前的發(fā)展?，F(xiàn)代電子技術在國防、科學、工業(yè)、醫(yī)學、通訊（信息處理、傳輸和交流）及文化生活等各個領域中都起著巨大的作用?，F(xiàn)在的世界，電子技術無處不在，人們現(xiàn)在生活在電子世界中，一

4、天也離不開它。1電子器件技術電子技術的應用基本器件的兩個發(fā)展階段分立元件階段（19051959）真空電子管、半導體晶體管集成電路階段（1959）SSI、MSI、LSI、VLSI、ULSI主要階段概述 第一代電子產品以電子管為核心。四十年代末世界上誕生了第一只半導體三極管，它以小巧、輕便、省電、壽命長等特點，很快地被各國應用起來，在很大范圍內取代了電子管。五十年代末期，世界上出現(xiàn)了第一塊集成電路，它把許多晶體管等電子元件集成在一塊硅芯片上，使電子產品向更小型化發(fā)展。集成電路從小規(guī)模集成電路迅速發(fā)展到大規(guī)模集成電路和超大規(guī)模集成電路，從而使電子產品向著高效能低消耗、高精度、高穩(wěn)定、智能化的方向發(fā)展

5、。 分立元件階段電子管時代（19051948）為現(xiàn)代技術采取了決定性步驟主要大事記1905年 愛因斯坦闡述相對論Emc21906年 亞歷山德森研制成高頻交流發(fā)電機 德福雷斯特在弗菜明二極管上加柵極，制威第一只三極管1912年 阿諾德和蘭米爾研制出高真空電子管1917年 坎貝爾研制成濾波器1922年 弗里斯研制成第一臺超外差無線電收音機1934年 勞倫斯研制成回旋加速器1940年 帕全森和洛弗爾研制成電子模擬計算機1947年 肖克萊、巴丁和布拉頓發(fā)明晶體管；香農奠定信息論的基礎 真空電子管分立元件階段晶體管時代（19481959）宇宙空間的探索即將開始主要大事記1947年 貝爾實驗室的巴丁、布拉

6、頓和肖克萊研制成第一個點接觸型晶體管1948年 貝爾實驗室的香農發(fā)表信息論的論文 英國采用EDSAG計算機，這是最早的一種存儲程序數(shù)字計算機1949年 諾伊曼提出自動傳輸機的概念1950年 麻省理工學院的福雷斯特研制成磁心存儲器1952年 美國爆炸第一顆氫彈1954年 貝爾實驗室研制太陽能電池和單晶硅1957年 蘇聯(lián)發(fā)射第一顆人造地球衛(wèi)星1958年 美國得克薩斯儀器公司和仙童公司宣布研制成第一個集成電路基本分立元件展示電阻器電容器線圈電池晶體管集成電路階段時 期規(guī) 模集成度（元件數(shù)）50年代末小規(guī)模集成電路（SSI）10060年代中規(guī)模集成電路（MSI）100070年代大規(guī)模集成電路（LSI）

7、100070年代末超大規(guī)模集成電路（VLSI）1000080年代特大規(guī)模集成電路（ULSI）100000 自1958年第一塊集成元件問世以來，集成電路已經(jīng)跨越了小、中、大、超大、特大、巨大規(guī)模幾個臺階，集成度平均每2年提高近3倍。隨著集成度的提高，器件尺寸不斷減小。 1985年，1兆位ULSI的集成度達到200萬個元件，器件條寬僅為1微米；1992年，16兆位的芯片集成度達到了3200萬個元件，條寬減到0.5微米，而后的64兆位芯片，其條寬僅為0.3微米。集成電路階段 集成電路制造技術的發(fā)展日新月異，其中最具有代表性的集成電路芯片主要包括以下幾類，它們構成了現(xiàn)代數(shù)字系統(tǒng)的基石?？删幊踢壿嬈骷?/p>

8、PLD）微控制芯片（MCU）數(shù)字信號處理器（DSP）大規(guī)模存儲芯片（RAM/ROM）以集成電路為核心的電子信息產業(yè)超過了以汽車、石油、鋼鐵為代表的傳統(tǒng)工業(yè)成為第一大產業(yè)，已經(jīng)成為改造和拉動傳統(tǒng)產業(yè)邁向數(shù)字時代的強大引擎和雄厚基石。 目前，發(fā)達國家國民經(jīng)濟總產值增長部分的65%與集成電路相關, 美國國防預算中的電子含量已占據(jù)了半壁江山。預計未來10年內，世界集成電路銷售額將以年平均15%的速度增長，2010年將達到60008000億美元。 作為當今世界經(jīng)濟競爭的焦點，擁有自主知識產權的集成電路已日益成為經(jīng)濟發(fā)展的命脈、社會進步的基礎、國際競爭的籌碼和國家安全的保障。集成電路階段2022/7/25

9、13集成電路的集成度和產品性能每18個月增加一倍。據(jù)專家預測,今后20年左右,集成電路技術及其產品仍將遵循這一規(guī)律發(fā)展。 集成電路最重要的生產過程包括： 開發(fā)EDA(電子設計自動化)工具 利用EDA進行集成電路設計 根據(jù)設計結果在硅圓片上加工芯片(主要流程為薄膜制造、曝光和刻蝕) 對加工完畢的芯片進行測試 為芯片進行封裝 最后經(jīng)應用開發(fā)將其裝備到整機系統(tǒng)上與最終消費者見面。集成電路階段2022/7/2514美國芯片微細加工技術目前正在從亞微米向納米技術過渡，2002年3月，Intel公司宣布其已采用0.09微米工藝生產出面積僅為1平方微米的SRAM。超紫外光刻技術（EUV）被視為是保證摩爾定律

10、今后依舊適用的法寶。EUV技術可使半導體制造商在芯片上蝕刻電路線的等級達到0.03微米。比現(xiàn)有制造技術所產生的芯片性能提高100倍，存儲容量也可以達到目前的100倍以上。由Intel、IBM、摩托羅拉等公司所組成的企業(yè)聯(lián)盟與美國三個國家實驗室，一直致力EUV的研發(fā)，投入開發(fā)經(jīng)費已逾2.5億美元。在各芯片廠商都以面積最小化、功能最大化作為發(fā)展方向的趨勢中，將整個電子系統(tǒng)全部集成到一塊單芯片之中的SOC越來越呈現(xiàn)出重要性。集微處理器、快閃存儲器和數(shù)字信號處理器為一體的計算機芯片。這種高度集成的芯片將對手持計算機、移動電話和其他移動設備的改進產生巨大影響。集成電路階段2022/7/2515我國集成電

11、路產業(yè)起步于20世紀60年代，80年代中期我國集成電路的加工水平為5微米，其后，經(jīng)歷了3、1、0.8、0.5、0.35微米的發(fā)展，目前達到了0.18微米的水平，而當前國際水平為0.09微米（90納米），我國與之相差約為2-3代。 2001年全國集成電路產量為64億塊，銷售額200億元人民幣。2002年6月,共有半導體企事業(yè)單位651家,其中芯片制造廠46家,封裝、測試廠108家,設計公司367家,分立器件廠商130家,從業(yè)人員11.5萬人。設計能力0.180.25微米、700萬門,制造工藝為8英寸、0.180.25微米,主流產品為0.350.8微米。 與國外的主要差距：一是規(guī)模小，2000年,

12、國內生產的芯片銷售額僅占世界市場總額的1.5%，占國內市場的20%；二是檔次低，主流產品加工技術比國外落后兩代；三是創(chuàng)新開發(fā)能力弱，設計、工藝、設備、材料、應用、市場的開發(fā)能力均不十分理想，其結果是今天受制于人,明天后勁乏力；四是人才欠缺。集成電路階段2022/7/2516政府的策略：中共中央國務院關于加強技術創(chuàng)新，發(fā)展高科技，實現(xiàn)產業(yè)化的決定指出：“突出高新技術產業(yè)領域的自主創(chuàng)新，培育新的經(jīng)濟增長點，在電子信息特別是集成電路設計與制造、網(wǎng)絡及通信、計算機及軟件、數(shù)字化電子產品等方面，加強高新技術創(chuàng)新，形成一批擁有自主知識產權、具有競爭優(yōu)勢的高新技術產業(yè)”。 專家的共識：中國科學院、中國工程院

13、專門成立了包括師昌緒、王淀佐、王越、王陽元等10位院士組成的專家咨詢組。在大量調查研究的基礎上，專家們建議，我國在“十五”期間要像當年搞“兩彈一星”一樣，集中國家有限的人力和財力，開發(fā)有自主知識產權的新一代微電子核心工藝技術及產品。專家的意見和政府的策略EDA技術 電子設計技術的核心就是EDA技術。EDA是指以計算機為工作平臺，融合應用電子技術、計算機技術、智能化技術最新成果而研制成的電子CAD通用軟件包，主要能輔助進行三方面的設計工作，即IC設計、電子電路設計和PCB設計。電子系統(tǒng)設計自動化(ESDA)階段（ 90年代以后）：設計人員按照“自頂向下”的設計方法，對整個系統(tǒng)進行方案設計和功能劃

14、分，系統(tǒng)的關鍵電路用一片或幾片專用集成電路（ASIC）實現(xiàn)，然后采用硬件描述語言（HDL）完成系統(tǒng)行為級設計，最后通過綜合器和適配器生成最終的目標器件。EDA技術發(fā)展的三個階段：計算機輔助設計(CAD)階段（ 70年代）：用計算機輔助進行IC版圖編輯、PCB布局布線，取代了手工操作。計算機輔助工程(CAE)階段（ 80年代）：與CAD相比，CAE除了有純粹的圖形繪制功能外，又增加了電路功能設計和結構設計，并且通過電氣連接網(wǎng)絡表將兩者結合在一起，實現(xiàn)了工程設計。CAE的主要功能是：原理圖輸入，邏輯仿真，電路分析，自動布局布線，PCB后分析。ARM開發(fā)板集成電路發(fā)展目前仍以摩爾定律所揭示的規(guī)律向前

15、發(fā)展，晶圓的面積也在不斷地加大，以軟硬件協(xié)同設計、具有知識產權的內核（IP核）復用和超深亞微米技術為支撐的系統(tǒng)芯片(System on ChipSOC)是超大規(guī)模集成電路發(fā)展的趨勢和新世紀集成電路的主流。 IC產業(yè)技術發(fā)展經(jīng)歷了電路集成、功能集成、技術集成，直到今天基于計算機軟硬件的知識集成，其目標就是將電子產品系統(tǒng)電路不斷集成到芯片中去，力圖吞噬整個產品系統(tǒng)。單芯片的嵌入式系統(tǒng)的出現(xiàn)，以單個芯片實現(xiàn)的產品系統(tǒng)不僅僅限于硬件系統(tǒng)，而是一個帶有柔性性能的軟、硬件集合體的電子系統(tǒng)。SoC是微電子領域IC設計的最終目標 多學科融合與滲透不同時代的設計方法學SOC設計方法學傳統(tǒng)的ASIC設計與深亞微米

16、集成電路設計流程比較發(fā)展SOC面臨的主要問題設計復用。是一個關鍵問題。接口問題。時序收斂問題?；ミB線延遲越來越突出。設計驗證，最大的挑戰(zhàn)，70%的工作量。價格。工藝兼容性問題。也是一個關鍵問題。過細分工帶來的問題。設計語言問題。低功耗問題。核的分類與定義SoC由各種片上功能的嵌入式核組合而成。軟核 是用可綜合的RTL描述或者通用庫元件的網(wǎng)表形式表示的可復用模塊。用戶須負責實際的實現(xiàn)和版圖。固核 是指在結構和拓撲針對性能和面積通過版圖規(guī)劃，甚至可用某種工藝技術進行優(yōu)化的可復用模塊。它們以綜合好的代碼或通過庫元件的網(wǎng)表形式存在。硬核 是指在性能、功率和面積上經(jīng)過優(yōu)化并映射到特定工藝技術的可復用模塊

17、。它們以完整的布局布線的網(wǎng)表和諸如GDSII（一種版圖數(shù)據(jù)文件格式）格式的固定版圖形式存在。軟核固核硬核可復用性可移植性靈活性較高的可預言性和性能，短的上市時間，較高的價格及IP提供商的工作量特定功能核B特定功能核A特定功能核CA/D,D/APCITAPPLL膠聯(lián)邏輯存儲器微處理器核存儲器存儲器基于嵌入式核的SoC的一般結構存儲器系統(tǒng)說明文檔高層次算法模型軟/硬件劃分和任務分配劃分模型調度模型通信模型軟/硬件接口定義行為模型劃分RTL綜合硬件-軟件協(xié)同仿真/檢驗創(chuàng)建住址模型，分析與確認軟件設計要求用例分析子系統(tǒng)設計范例設計結構設計用例設計一般的軟硬件設計方法學定義核的設計要求（功能、接口、時序

18、）開發(fā)行為模型并驗證劃分為子模塊子模塊的功能要求子模塊RTL綜合插入可測性設計子模塊集成約束條件面積功耗速度子模塊測試平臺滿足RTL代碼故障覆蓋率的測試軟核和固核的基于RTL綜合的設計流程SoC設計中的問題移值方法學 無網(wǎng)表核 與版圖相關的步長 寬長比例失配 手繪版圖時序問題 時鐘重分配 硬核寬度與間距不一致 芯片多重布線導致的RC寄生效應 時序重驗證 電路時序工藝與原始材料問題 非工業(yè)標準工藝特性 N阱襯底的連接 襯底原始材料 端口與目標工藝的層間差異其它問題 混合信號設計不可移值 模擬電路的精度 功耗問題特征尺寸與芯片內部工作頻率 數(shù)字電路設計工具 分類 產品名制造商邏輯綜合器、靜態(tài)時序分

19、析 Blast RTL美國MAGMA公司 VHDL/Verilog-HDL Simulator（仿真工具） Active-HDL美國Aldec公司混合語言仿真 NC-sim美國Cadence Design Systems公司Verilog仿真器 Verilog-XLSystem C 仿真器NC- System CVHDL仿真器 NC- VHDL 物理綜合工具PKS超級綜合工具（帶有最優(yōu)化配置功能） BuildGates Extreme Verilog仿真/VHDL編譯器VCS/Scirocco美國Synopsys公司 RTL級邏輯綜合工具DC expertVhdl/Verilog混合語法和設計

20、規(guī)范檢查器 LEDA數(shù)字電路設計工具(續(xù)） 分類 產品名制造商FPGA綜合器 Synplify PRO美國Synplicity公司物理綜合Amplify 測試與原型驗證 Certify SC VHDL/Verilog-HDL 仿真工具ModelSim美國Mentor Graphics公司Verilog-HDL仿真工具 TauSim美國Tau Simulation公司Hardware Accelerator ARES美國IKOS Systems公司Static Timming 解析工具 EinsTimer美國IBM公司邏輯Simulator(仿真) Explore美國Aptix公司Xcite美國

21、Axis Systems公司VirtuaLogic美國IKOS Systems公司VIVACE美國Mentor Graphics公司功耗解析/最優(yōu)化工具（RTL）WattSmith美國Sente公司邏輯驗證工具（測試向量生成） Specman Elite美國Verisity Design公司數(shù)字電路設計工具（續(xù)） 分類 產品名制造商CODECOVERAGE工具，狀態(tài)COVERAGE工具 Verification Navigator/State Navigator 美國TransEDA公司FormalVerifier（等價性評價） BoolesEye 美國IBM公司Tuxedo 美國Verple

22、x Systems公司 HDL調試工具 Debussy 美國Novas Software公司 電路合成工具，行為級合成工具（VHDL編程） BooleDozer美國IBM公司High Level電路合成工具 eXplorations Tools美國Explorations公司RTL設計 TeraForm美國Tera Systems公司模擬/數(shù).模混合信號電路設計工具 分類 產品名制造商模擬電路Simulator（仿真工具） T-Spice Pro 美國Tanner Research公司SmartSpice 美國Silvaco International公司 Eldo 美國Mentor Grap

23、hics公司電路圖仿真/物理設計環(huán)境 COSMOSSE/LE 美國Synopsys公司 數(shù)字/模擬混合信號仿真 HSPICE/NanoSim 混合信號Simulator（仿真工具） ICAP/4 美國intusoft公司 混合信號Simulator（仿真工具），RF電路Simulator（仿真工具），Analog Macro Library ADVance，CommLib 美國Mentor Graphics公司 Static Noise 解析工具（混合信號） SeismIC 美國CadMOS Design Technology公司 模擬/數(shù).?；旌闲盘栯娐吩O計工具（續(xù)） 分類 產品名制造商原理

24、圖輸入 Orcad Capture CIS, 美國Cadence Design Systems公司 Concept HDL Capture CIS, 原理圖仿真 Pspice NC Desktop 分類 產品名制造商Hard/Soft協(xié)調設計工具 Cierto VCC Environment 美國Cadence Design Systems公司 ArchGen 美國CAE Plus公司 eArchitect 美國Viewlogic Systems公司 Hard/Soft協(xié)調驗證工具 SeamlessCVE美國Mentor Graphics公司 Hard/Soft協(xié)調設計工具 LSI Layou

25、t設計工具 分類 產品名制造商寄生電容/阻抗提取工具 DISCOVERY美國Silvaco International公司 IC 版圖設計MyChip StationTM V6.4美國MyCAD公司寄生電容/寄生阻抗提取工具，延遲計算工具 SWIM/InterCal美國Aspec Technology公司寄生電容/阻抗提取工具，回路Simulator（仿真工具），Layout變換工具 Spicelink，Ansoftlinks 美國Ansoft公司 物理版圖編輯器Virtuoso-XL Layout Editor美國Cadence Design Systems公司交互式物理版圖驗證工具Diva

26、美國Silvaco International公司 信號完整性時序分析工具SignalStorm美國MyCAD公司LSI Layout設計工具 （續(xù)）分類 產品名制造商Model GeneratorCLASSIC-SC美國Cadabra Design Automation公司 Layout設計工具（帶有電路合成功能 ）Blast Fusion 美國Magma公司 Layout設計工具 DOLPHIN 美國Monterey Design Systems公司L-Edit Pro 美國Monterey Design Systems公司MyChip Station 美國Tanner Research公

27、司CELEBRITY,Expert 美國MyCAD公司 相位Shift Mask設計工具，OPC設計工具，Mask 測試工具 iN-Phase/TROPiC /CheckIt 美國Silvaco International公司版圖寄生參數(shù)提取工具 Star-RC 美國Avanti公司 邏輯仿真與版圖設計 熊貓系統(tǒng)2000中國華大測試工具 分類 產品名制造商Test - Pattern 變換工具 TDS iBlidge/SimValidator 美國Fluence Technology公司 Test 設計工具 TestBench 美國IBM公司 TDX 美國Fluence Technology公

28、司 Test 解析工具（混合信號） Test Designer美國intusoft公司印刷電路版設計工具分類 產品名制造商高速PCB設計與驗證 SPECCTRAQuest美國Cadence Design Systems公司 PCB設計用自動配置,配線工具 AllegroSPECCTRA PCB設計 Orcad LayoutPCB用溫度解析工具 PCB Thermal美國Ansoft公司面向焊接的PCB用溫度解析工具 PCB SolderSim 美國Ansoft公司PCB用振動疲勞解析工具 PCB Vibration Plus/PCB Fatigue美國Ansoft公司PCB/MCM用寄生電容/

29、阻抗提取工具，回路Simulator（仿真工具） PCB/MCM Signal Integrity 美國Ansoft公司印刷電路版設計工具（續(xù)）分類 產品名制造商封裝(Package)設計工具 Advanced Packaging Designer/Ensemble美國Cadence Design Systems公司封裝(Package)用溫度解析工具Hybrid Thermal美國Ansoft公司封裝(Package)用寄生電容/寄生阻抗提取工具 Turbo Package Analyzer美國Ansoft公司PCB設計工具 ePlanner美國Viewlogic Systems公司其它工具

30、分類 產品名制造商AC/DC設計解析工具 MotorExpert 韓國jasontech公司工藝Simulator（仿真工具）ATHENA美國Silvaco International公司器件Simulator（仿真工具） ATLAS美國Silvaco International公司 器件模擬工具工藝模擬工具 Medici,Davinci,TSUPREM 美國Avanti公司 射頻與微波設計ADS美國Agilent公司信號處理系統(tǒng)級設計工具 SPW4.8美國Cadence Design Systems公司數(shù)字信號處理和通信產品的系統(tǒng)級設計工具 Matlab/Simulink美國Mathwork

31、s公司 (代理：九州恒潤)PLD開發(fā)系統(tǒng)分類 產品名制造商可編程邏輯電路開發(fā)工具 MAXPLUS 美國ALTERA公司 可編程邏輯電路（含SOPC）開發(fā)工具QUARTUS可編程邏輯電路開發(fā)工具 ISP expert/ispLEVER v3.0美國Lattice公司可編程邏輯電路開發(fā)工具 ISE 5.2i Foundation 美國Xinlinx公司可編程邏輯電路開發(fā)工具 Actel Designer R1-2003美國ACTEL公司硬件描述語言HDL的現(xiàn)狀與發(fā)展 硬件描述語言HDL是一種用形式化方法描述數(shù)字電路和系統(tǒng)的語言。利用這種語言，數(shù)字電路系統(tǒng)的設計可以從上層到下層（從抽象到具體）逐層描

32、述自己的設計思想，用一系列分層次的模塊來表示極其復雜的數(shù)字系統(tǒng)。然后，利用電子設計自動化（EDA）工具，逐層進行仿真驗證，再把其中需要變?yōu)閷嶋H電路的模塊組合，經(jīng)過自動綜合工具轉換到門級電路網(wǎng)表。接下去，再用專用集成電路ASIC或現(xiàn)場可編程門陣列FPGA自動布局布線工具，把網(wǎng)表轉換為要實現(xiàn)的具體電路布線結構。 HDL的發(fā)展至今已有20多年的歷史，并成功地應用于設計的各個階段：建模、仿真、驗證和綜合等。到20世紀80年代，已出現(xiàn)了上百種硬件描述語言。20世紀80年代后期，VHDL和Verilog HDL語言適應了面向設計的多領域、多層次并得到普遍認同的標準硬件描述語言趨勢和要求，先后成為IEEE標

33、準。 幾種代表性的HDL語言 1. VHDL早在1980年，因為美國軍事工業(yè)需要描述電子系統(tǒng)的方法，美國國防部開始進行VHDL的開發(fā)。1987年， VHDL成為IEEE標準：IEEE Std1076-1987。應當注意，起初VHDL只是作為系統(tǒng)規(guī)范的一個標準，而不是為設計而制定的。增加了一些新的命令和屬性。1993年成為：IEEE Std1164-93。 雖然有“VHDL是一個4億美元的錯誤”這樣的說法，但畢竟是一個國際標準，它確實比較麻煩，而且其綜合庫至今也沒有標準化，不具有晶體管開關級的描述能力和模擬設計的描述能力。目前的看法是，對于特大型的系統(tǒng)級數(shù)字電路設計，VHDL是較為合適的。在底層

34、的VHDL設計環(huán)境是由Verilog HDL描述的器件庫支持的，Verilog和VDHL的兩個國際組織OVI、VI正在籌劃這一工作，準備成立專門的工作組來協(xié)調VHDL和Verilog HDL語言的互操作性。OVI也支持不需要翻譯，由VHDL到Verilog的自由表達。2.Verilog HDLVerilog HDL是在1983年，由GDA（GateWay Design Automation）公司的Phil Moorby首創(chuàng)的。Phil Moorby后來成為Verilog-XL的主要設計者和Cadence公司的第一合伙人。在19841985年，Phil Moorby設計出了第一個名為Verilo

35、g-XL的仿真器；1986年，他對Verilog HDL的發(fā)展又作出了另一個巨大的貢獻：提出了用于快速門級仿真的XL算法。隨著Verilog-XL算法的成功，Verilog HDL語言得到迅速發(fā)展。1989年，Cadence公司收購了GDA公司，Verilog HDL語言成為Cadence公司的私有財產。1990年，Cadence公司決定公開Verilog HDL語言，于是成立了OVI（Open Verilog International）組織，負責促進Verilog HDL語言的發(fā)展?；赩erilog HDL的優(yōu)越性，IEEE于1995年制定了Verilog HDL的IEEE標準，即IEE

36、E Std 1364-1995；2001年發(fā)布了IEEE Std 1364-2001標準。在這個標準中，加入了Verilog HDL-A標準，使Verilog有了模擬設計描述的能力。3. Superlog Verilog語言的首創(chuàng)者Phil Moorby和Peter Flake等硬件描述語言專家，在一家叫Co-Design Automation的EDA公司進行合作，開始對Verilog進行擴展研究。1999年，Co-Design公司發(fā)布了SUPERLOGTM系統(tǒng)設計語言，同時發(fā)布了兩個開發(fā)工具：SYSTEMSIMTM和SYSTEMEXTM。一個用于系統(tǒng)級開發(fā)，一個用于高級驗證。2001年，Co

37、-Design公司向電子產業(yè)標準化組織Accellera發(fā)布了SUPERLOG擴展綜合子集ESS，這樣它就可以在今天Verilog語言的RTL級綜合子集的基礎上，提供更多級別的硬件綜合抽象級，為各種系統(tǒng)級的EDA軟件工具所利用。至今為止，已超過15家芯片設計公司用Superlog來進行芯片設計和硬件開發(fā)。Superlog是一種具有良好前景的系統(tǒng)級硬件描述語言。但是不久前，由于整個IT產業(yè)的滑坡，EDA公司進行大的整合，Co-Design公司被Synopsys公司兼并，形勢又變得撲朔迷離。 4. SystemC隨著半導體技術的迅猛發(fā)展，SoC已經(jīng)成為當今集成電路設計的發(fā)展方向。在系統(tǒng)芯片的各個設

38、計中，像系統(tǒng)定義、軟硬件劃分、設計實現(xiàn)等，集成電路設計界一直在考慮如何滿足SoC的設計要求，一直在尋找一種能同時實現(xiàn)較高層次的軟件和硬件描述的系統(tǒng)級設計語言。SystemC正是在這種情況下，由Synopsys公司和CoWare公司積極響應目前各方對系統(tǒng)級設計語言的需求而合作開發(fā)的。1999年9月27日，40多家世界著名的EDA公司、IP公司、半導體公司和嵌入式軟件公司宣布成立“開放式SystemC聯(lián)盟”。著名公司Cadence也于2001年加入了SystemC聯(lián)盟。SystemC從1999年9月聯(lián)盟建立初期的0.9版本開始更新，從1.0版到1.1版，一直到2001年10月推出了最新的2.0版。

39、 在2001年舉行的國際HDL會議上，與會者就使用何種設計語言展開了生動、激烈的辯論。最后，與會者投票表決：如果要啟動一個芯片設計項目，他們愿意選擇哪種方案?結果，僅有2票或3票贊成使用SystemC、Cynlib和C Level設計；而Superlog和Verilog各自獲得了約20票。至于以后會是什么情況，連會議主持人John Cooley也明確表示：“5年后，誰也不知道這個星球會發(fā)生什么事情?！备鞣饺耸扛鞒旨阂姡簽閂erilog辯護者認為，開發(fā)一種新的設計語言是一種浪費；為SystemC辯護者認為，系統(tǒng)級芯片SoC快速增長的復雜性需要新的設計方法；C語言的贊揚者認為，Verilog是硬件

40、設計的匯編語言，而編程的標準很快就會是高級語言，Cynlib C+是最佳的選擇，它速度快、代碼精簡；Superlog的捍衛(wèi)者認為，Superlog是Verilog的擴展，可以在整個設計流程中僅提供一種語言和一個仿真器，與現(xiàn)有的方法兼容，是一種進化，而不是一場革命。 關于HDL的一次國際討論會 系統(tǒng)級（system）用語言提供的高級結構實現(xiàn)算法運行的模型； 算法級（algorithm）用語言提供的高級結構實現(xiàn)算法運行的模型； RTL級（Register Transfer Level）描述數(shù)據(jù)在寄存器之間流動和如何處理、控制這些數(shù)據(jù)流動的模型。（以上三種都屬于行為描述，只有RTL級才與邏輯電路有明

41、確的對應關系。） 門級（gate-level）描述邏輯門以及邏輯門之間的連接模型。（與邏輯電路有確切的連接關系。以上四種，數(shù)字系統(tǒng)設計工程師必須掌握。） 開關級（switch-level）描述器件中三極管和存儲節(jié)點以及它們之間連接的模型。（與具體的物理電路有對應關系，工藝庫元件和宏部件設計人員必須掌握。） 目前可取可行的策略和方式 微電子設計工業(yè)的設計線寬到0.13m這個目標后，90%的信號延遲將由線路互連所產生。以后，EDA業(yè)界將在以下三個方面開展工作。 互用性標準。所有解決方案的基礎，是設計工具開發(fā)過程的組件互用性標準。我們知道，EDA工業(yè)采用的是工業(yè)上所需要的標準，而不管標準是誰制定的。

42、但是，當今市場的迅速發(fā)展正在將優(yōu)勢轉向那些提供標準時能做到快速適應和技術領先的組織。處于領先的公司正在有目的地向這方面投資，那些沒有參加開發(fā)這些標準的公司則必須獨自承擔風險。 擴展其高級庫格式（ALF）標準，使其包含物理領域的信息，是EDA開發(fā)商可以致力于解決互連問題的算法，從而使電路設計者在解決設計收尾工作時，不再受到這個問題的困擾。 制定新的系統(tǒng)級設計語言標準。標準化系統(tǒng)芯片的設計工具和語言，使SoC真正達到第三次微電子設計革命浪潮。 未來發(fā)展和技術方向我國發(fā)展的戰(zhàn)略選擇 1.為了實現(xiàn)我國的芯片設計自主化，必須夯實基礎，在結合VHDL的基礎上，推廣Verilog HDL設計語言，使硬件設計

43、的底層單元庫可以自主研制；2.根據(jù)目前芯片系統(tǒng)的發(fā)展趨勢，對系統(tǒng)級語言進行比較研究，在Suoerlog、SystemC等語言中做出選擇，并進行相關工具的推廣，以及與相關企業(yè)進行合作等；3. 深入HDL語言的綜合和仿真等模型的研究，努力在與國外合作的基礎上，建立自主知識產權的EDA公司；4.積極加入EDA目前正在進行的標準化工作，做到了解、學習、應用、吸收、參與并重；5.政府積極加入，重視產、學、研的合作，開展卓有成效的發(fā)展模式。 IBM 7090電子計算機的發(fā)展 伴隨著電子技術的發(fā)展而飛速發(fā)展起來的電子計算機所經(jīng)歷的四個階段充分說明了電子技術發(fā)展的四個階段的特性。第一代（19461957）電子

44、管計算機第二代（19581963）晶體管計算機第三代（19641970）集成電路計算機第四代（1971）大規(guī)模集成電路計算機 世界上第一臺電子計算機于1946年在美國研制成功，取名ENIAC。這臺計算機使用了18800個電子管，占地170平方米，重達30噸，耗電140千瓦，價格40多萬美元，是一個昂貴耗電的龐然大物。由于它采用了電子線路來執(zhí)行算術運算、邏輯運算和存儲信息，從而就大大提高了運算速度。ENIAC每秒可進行5000次加法和減法運算，把計算一條彈道的時間短為30秒。它最初被專門用于彈道運算，后來經(jīng)過多次改進而成為能進行各種科學計算的通用電子計算機。從1946年2月交付使用，到1955年

45、10月最后切斷電源，ENIAC服役長達9年。IBM 360 晶體管計算機ENIAC品牌電腦IBM 7090ENIAC電子計算機的發(fā)展IBM 360 晶體管計算機品牌電腦第一代（19461957）電子管計算機時代：它的基本電子元件是電子管，內存儲器采用水銀延遲線，外存儲器主要采用磁鼓、紙帶、卡片、磁帶等。由于當時電子技術的限制，運算速度只是每秒幾千次幾萬次基本運算，內存容量僅幾千個字。程序語言處于最低階段，主要使用二進制表示的機器語言編程，后階段采用匯編語言進行程序設計。體積大，耗電多，速度低，造價高，使用不便，主要局限于一些軍事和科研部門進行科學計算。（ENIAC） 第二代（19581963）

46、晶體管計算機時代：它的基本電子元件是晶體管，內存儲器大量使用磁性材料制成的磁芯存儲器。與第一代電子管計算機相比，晶體管計算機體積小，耗電少，成本低，邏輯功能強，使用方便，可靠性高。（IBM 7090）第三代（19641970）集成電路計算機時代：它的基本元件是小規(guī)模集成電路和中規(guī)模集成電路，磁芯存儲器進一步發(fā)展，并開始采用性能更好的半導體存儲器，運算速度提高到每秒幾十萬次基本運算。由于采用了集成電路，第三代計算機各方面性能都有了極大提高：體積縮小，價格降低，功能增強，可靠性大大提高。（IBM 360系列為代表） 第四代（1971）大規(guī)模集成電路計算機時代：它的基本元件是大規(guī)模集成電路，甚至超大

47、規(guī)模集成電路，集成度很高的半導體存儲器替代了磁芯存儲器，運算速度可達每秒幾百萬次，甚至上億次基本運算。具有體積小、功能強、可靠性高等特點。 高性能計算： 高性能計算是促進科技創(chuàng)新、經(jīng)濟發(fā)展、社會進步及國家安全的戰(zhàn)略制高點技術，世界各主要發(fā)達國家無不對此高度重視。自70年代開始研究以來，高性能計算機經(jīng)歷了向量機、共享主存多處理機、大規(guī)模并行處理系統(tǒng)等幾個階段。近年來，美國相繼推出高性能計算與通信、加速戰(zhàn)略計算創(chuàng)新等計劃，將高性能計算領域的國際競爭推向高潮。2000年IBM曾宣布，5年內將投資1億美元開發(fā)新一代超級計算機“藍色基因”，旨在幫助人類探索深層次的生命奧秘，其運算速度將達到每秒1千萬億次

48、，與目前的桌面PC相比，計算能力將超出2百萬倍。 2先進智能計算技術 2022/7/2556神經(jīng)網(wǎng)絡： 由于神經(jīng)網(wǎng)絡是機器學習的一種機制，即具有大量簡單處理單元(稱為神經(jīng)元)的執(zhí)行高度并行處理的，更接近于生物計算系統(tǒng)的一種計算機體系結構，多年來人們一直在著手研究神經(jīng)網(wǎng)絡在軍事電子裝備中的應用。神經(jīng)科學、克隆技術以及生物技術的發(fā)展，有可能研制出生物神經(jīng)網(wǎng)絡芯片，使其具有人腦一樣的功能，并可與活的神經(jīng)網(wǎng)絡結合起來進行控制運算甚至判斷等。隨著神經(jīng)網(wǎng)絡硬件的實現(xiàn)，將為武器系統(tǒng)帶來革命性的變化，對諸如自主系統(tǒng)、傳感器數(shù)據(jù)的自動化處理、實時圖像處理和自適應信號處理與控制等應用項目有著顯著的意義。據(jù)預測，到

49、2010年神經(jīng)網(wǎng)絡計算機將達到實際應用水平。 2先進智能計算技術 2022/7/2557人工智能： 未來先進的計算機技術將成為探索新的有關知識數(shù)學表示法的動力。利用形式化結構和描述戰(zhàn)場關鍵信息(諸如地形、敵兵力意圖的確定性的程度及潛在的結局組)的知識表示的先進技術將會提高軟件的可靠性。在人工智能的研究和應用方面，包括機器人在內的無人化智能作戰(zhàn)平臺的發(fā)展將最為迅速。指揮控制計算機化、攻擊手段機器人化的數(shù)字化部隊有可能取得突破性進展。隨著計算機的智能化，通信、傳感和其他信息技術的發(fā)展和提高，C41SR系統(tǒng)將是一種智能化的系統(tǒng)。系統(tǒng)裝備將朝分布式硬件、環(huán)境綜合、智能決策、遠程監(jiān)視偵察、無縫通信和全數(shù)

50、字化技術方向發(fā)展。未來信息化單兵、數(shù)字化部隊乃至機器人部隊將有可能成為現(xiàn)實。 2先進智能計算技術 2022/7/2558人機接口： 數(shù)字處理芯片的發(fā)展使得語音處理與合成技術日趨成熟，自然語言理解可望取得令人鼓舞的成就，根據(jù)口頭命令識別話音的軟件也將隨著技術改進而被廣泛采用，多語言之間的實時同步翻譯的夢想將成為現(xiàn)實。在超媒體領域，用戶可使用多種不同的信息做匹配導航，出現(xiàn)輔助形式的能使便攜機顯示手寫體字符的眷寫軟件。立體可視化技術將會廣泛應用，手機、電話、電視、電腦一體化的趨勢將成為一種潮流。靈境技術，或稱虛擬現(xiàn)實技術，是繼多媒體技術之后的新一代人機系統(tǒng)接口技術及高級仿真技術。它將通過頭盔顯示器、

51、數(shù)據(jù)手套顯示器、數(shù)據(jù)手套等輔助傳感器材，使人可以“浸入”計算機生成的虛擬環(huán)境直接觀察事物的內在變化，并能與之發(fā)生“交互”作用，產生一種“身臨其境”的真實感。2先進智能計算技術 2022/7/2559分布網(wǎng)絡計算： 預計將會通過網(wǎng)絡支持團體協(xié)同工作的團體軟件(Groupware)；在計算機通信方面將實現(xiàn)全戰(zhàn)場直到全球“透明”的連通安全，電文、圖形、圖像和電視等信息統(tǒng)一處理，經(jīng)濟上可承受性的無縫通信。可以預期，通過推行信息資源標準化等計劃，建立一個全球信息數(shù)據(jù)庫和融合中心網(wǎng)絡的目標將指日可待。屆時，任何時候可向在任何地方的任何需要的指揮員和武裝部隊提供作戰(zhàn)所需要的任何信息，即指揮員將不受地域限制能

52、檢查作戰(zhàn)空域內的所有有關信息。分布式處理將朝著進一步利用硬件特性的透明型發(fā)展。透明網(wǎng)絡便成為21世紀初的目標。 2先進智能計算技術 2022/7/2560生物計算機： 一個重要發(fā)展是DNA計算機。DNA分子中的密碼相當于存儲的數(shù)據(jù)，DNA分子間可以在某種酶的作用下迅速完成生物化學反應，從一種基因碼變?yōu)榱硪环N基因碼，反應前的基因碼可以作為輸入數(shù)據(jù)，反應后的基因碼可以作為運算結果，在制造這種生物計算機時，首先挑選一些DNA片段分別代表不同的變量，以片段之間的接合和斷開序列代表“與”和“或”邏輯判斷，然后運用生物技術手段加以控制，探測并分離出生物材料中具有與特定判斷相應特征的部分，那么就可以制成一種

53、新型邏輯判斷計算機。目前，DNA計算機已經(jīng)可以對赫母霍茲等數(shù)學問題求解。預計在未來20年有可能出現(xiàn)與微電子芯片融合的高性能DNA計算機。例如可用于高性能計算的基因芯片和生物計算機。 2先進智能計算技術 2022/7/2561智能結構技術： 隨著軍用智能技術的發(fā)展，各種智能結構武器將對未來作戰(zhàn)產生深遠影響。智能結構最初受到關注是在70年代末期，美國將光導纖維埋置在復合材料內部，使結構功能產生了顯著改善，自此，智能結構技術得到廣泛承認，發(fā)達國家紛紛進行研究開發(fā)。智能結構給結構技術的發(fā)展注入創(chuàng)新性的活力，它所具有的卓越性能將對21世紀的武器裝備產生重大影響。2先進智能計算技術 2022/7/2562

54、 通信是一個古老而嶄新的話題。其根源可追溯到公元前3500年，蘇美爾人發(fā)明了楔形文字，埃及人發(fā)明了象形文字，這可以說是最古老的通信方式。而中國古代的烽火臺則是無線通信的鼻祖?，F(xiàn)代意義上的通信是在發(fā)現(xiàn)了電現(xiàn)象之后，1793年，法國查佩兄弟倆在巴黎和里爾之間架設了一條230千米長的接力方式傳送信息的托架式線路。據(jù)說兩兄弟是第一個使用“電報”這個詞的人?，F(xiàn)代意義上的無線通信是從莫爾斯開始，1844年5月24日，在座無虛席的國會大廈里，莫爾斯用他那激動得有些顫抖的雙手，操縱著他傾十余年心血研制成功的電報機，向巴爾的摩發(fā)出了人類歷史上的第一份電報:“上帝創(chuàng)造了何等奇跡！”?，F(xiàn)在，通信產業(yè)仍然處在蓬勃發(fā)展

55、階段，各種新的技術日新月異，層出不窮。3、通信技術 2022/7/2563眾所周知，移動通信是在20世紀80年代開始發(fā)展起來的，移動通信發(fā)展速度遠超過固定網(wǎng)絡，已得到相當?shù)钠占?。全球移動通信用戶已?jīng)超過4億。人們對移動通信的需求推動了移動通信發(fā)展，至今移動通信已經(jīng)走過了二代，即80年代的第一代模擬技術和90年代的第二代窄帶數(shù)字技術。近些年來，隨著無線通信寬帶化技術的突破，移動通信正在向以CDMA為基礎，以寬帶化通信為特征的第三代3G技術發(fā)展。3、通信技術移動通信2022/7/2564移動通信系統(tǒng)的發(fā)展歷程3、通信技術移動通信2022/7/2565支撐互聯(lián)網(wǎng)的基礎是光纖通信。光通信的發(fā)展呈現(xiàn)了以

56、下幾個發(fā)展趨勢： 1、光通信研究的重點已經(jīng)從大容量、超高速轉變?yōu)橹悄芑?、自動化的實現(xiàn)。自動交換光網(wǎng)絡（ASON）就是在這個大背景下產生的。ASON網(wǎng)絡的最大優(yōu)點就是實現(xiàn)了以往光網(wǎng)絡復雜、冗余的人工連接指配，取之為簡單、便利的自動電路配置。ASON的引入，可以說是光通信發(fā)展歷史的里程碑。 2、光網(wǎng)絡的邊緣化也是光通信發(fā)展的另一個趨勢。長久以來，光網(wǎng)絡都是作為整個通信體系中的最底層傳輸層。但是，隨著通信行業(yè)的迅速發(fā)展，城域網(wǎng)、接入網(wǎng)也越來越希望引入光網(wǎng)絡，于是，光網(wǎng)絡的發(fā)展從核心網(wǎng)正在向邊緣網(wǎng)絡發(fā)展。 光通信經(jīng)過了前幾年的低谷以后，現(xiàn)在正處于一個艱難的上升階段。3、通信技術光纖通信2022/7/2

57、5661945年，英國的科幻小學作家阿瑟C克拉克在世界上首次提出了使用衛(wèi)星進行遠距離無線電通信和無線電廣播的設想，這位作家在無線電雜志上發(fā)表了一篇文章，提出用火箭發(fā)射一顆人造衛(wèi)星，繞地球轉動，然后，地面上發(fā)送信號給衛(wèi)星，通過衛(wèi)星再傳回地面。 1957年10月4日，原聯(lián)蘇成功發(fā)射了人類歷史上第一顆人造地球衛(wèi)星。 根據(jù)運行軌道的高度不同，可將人造地球衛(wèi)星分為三種類型： （1）低高度衛(wèi)星（小于5000km） （2）中高度衛(wèi)星（5000km） （3）高高度衛(wèi)星（大于20000km）6、通信技術 3、通信技術衛(wèi)星通信2022/7/2567 覆蓋區(qū)大,通信距離遠,三顆同步衛(wèi)星可覆蓋全球 頻帶寬,容量大 機動性好,不受地理條件限制 通信可靠性高,質量好,穩(wěn)定 費用與距離無關 有多址能力,組網(wǎng)靈活 可實現(xiàn)區(qū)域及全球個人移動通信3、通信技術衛(wèi)星通信衛(wèi)星通信的特點2022/7/2568 同步通信衛(wèi)星向大容量,多波束,智能化發(fā)展 低軌衛(wèi)星群與蜂窩技術相結合,實現(xiàn)全球個人通信 小型衛(wèi)星通信地面站(VSAT)廣泛應用 電視直播(DVB)和數(shù)字聲廣播(DAB)步入家庭和個人用戶 多媒體通信和因特網(wǎng)接入 微小衛(wèi)星和納衛(wèi)星3、通信技術衛(wèi)星通信衛(wèi)星通信發(fā)展趨勢2022/7