（计算机应用技术专业论文）数字集成电路测试数据压缩技术的研究.pdf

t口k口q； 合肥工业大学 博士学位论文 li l u l litli ii i i1 1 1t l l l l l l l l l l l lq lti i i i ? iy 18 8 7 3 5 7 数字集成电路测试数据压缩技术的研究 申请人：型态 申请学位：三堂谴 指导教师：苤坐国查咝 学科专业：盐差垫廛旦垫盎 研究方向：遂叁壅绫绫金鱼型达一 合肥工业大学计算机与信息学院 2 0 1 1 年1 月 r e s e a r c ho nt e s td a t ac o m p r e s s i o nt e c h n i q u e s o fd i g i t a li n t e g r a t e dc i r c u i t s ( ad i s s e r t a t i o ns u b m i t t e d t oh e f e iu n i v e r s i t yo ft e c h n o l o g y f o rd e g r e eo fp h di ne n g i n e e r i n g ) b y l i uj i e s u p e r v i s e db yp r o f l i a n gh u a - g u o h e f e i u n i v e r s i t yo ft e c h n o l o g y h e f e i , 2 3 0 0 0 9 ，er c h i n a j a n 2 0 1 1 合肥工业大学 本论文经答辩委员会全体委员审查，确认符合合肥工业 大学博士学位论文的质量要求。 主席： 委员： 导师： 答辩委员会签名 彩坪雌微 翻k 夭辱亲妨口 中阂刽六徇豺粕缇 伶肛? 也窍澎 僻二立矢雪 彳国 学位论文评阅人 匿名 匿名 学位论文评议人 李晓维中国科学院计算技术研究所研究员 陈军宁安徽大学电子科学与技术学院教授 杨明武合肥工业大学教授 江建慧同济大学教授 曹先彬北京航空航天大学教授 答辩委员会专家 赵保华中国科学技术大学教授 高明伦合肥工业大学教授 杨寿保中国科学技术大学教授 蒋建国合肥工业大学教授 杨明武合肥工业大学教授 答辩委员会主席 赵保华中国科学技术大学教授 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据 我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的 研究成果，也不包含为获得 金月垦王些太堂或其他教育机构的学位或证书而使用过的 材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢 意。 学位论文作者签名： 1 杰 签字日期：加叼年石月，伊 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解金筵互些盔堂有关保留、使用学位论文的规定，有权保留并 向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权金星墨王 些太堂可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或 扫描等复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 4 学位论文作者签名： 列杰 签字日期：2 矿，1 年易月膨日 - 一 ， 学位论文作者毕业去向： 工作单位： 通讯地址： 、刃殍辛佐 导师签名： 签字日期：沙7 年多月矿日 电话： 邮编：2 3 0 0 0 9 摘要 半导体制造工艺的发展带来了晶体管单片集成度的增加，电路设计能力的提升推进了集 成电路功能和复杂度的提高。这样，集成电路规模便与日俱增，测试数据量和测试难度也自 然加大。鉴于测试设备存储空间、通道数、带宽等限制，为了提高测试故障覆盖率，减少单 片测试时间，降低测试成本，对预先计算的测试集进行压缩也就成为一种简单、可行、有效 的测试途径。 本论文主要从测试集处理、编码方法、多扫描链设计等方面对测试集压缩和实施展开研 究，具体研究内容如下： ( 1 ) 提出一种横向分块、纵向对比的编码压缩方案。该方案把所有模式分成定长的数 据块，根据相邻模式的对应分块是否相容或者一位相反进行编码，利用了模式之间的内在关 联性。这种关联表现在较多的无关位、很少的相异位。为了进一步提高该方案压缩效果，同 时给出了一种模式排序算法。 ( 2 ) 因为模式之间存在内在的关联性，且每个数据位只可能确定为0 或i ，所以一种 测试位重组算法被提出。该算法通过一种判断方案把大量相同测试位移到模式一端，能够加 长长游程，减少短游程存在。针对这种测试集处理，本论文还提出了两种编码方案和一种无 关位赋值策略。这种无关位赋值策略以游程为单位考虑测试位重组后剩余的无关位赋值，减 少不必要的游程分裂，确保长游程存在。所提的编码压缩方案不仅编码0 游程和l 游程，还 单独使用定长的码字标识端连续块，有效利用了测试位重组后的测试集特点，因而大幅压缩 了测试数据，明显降低了测试功耗。 ( 3 ) 本论文把循环移位技术有效地应用于数据处理中，并提出几种测试压缩方案。循 环移位在处理含有无关位的数据块时，一是可恢复性改变原始数据的存在形式，二是确保无 关位重复利用。基于这两点，循环移位就能够提高数据块之间的相关性，为编码压缩数据提 供可能。在提出的三种数据压缩方案中，第一种是单扫描链测试压缩方案。它通过判断数据 流中相邻分块之间关系，根据分块发生频次动态编码每一个分块。第二种是多扫描链测试压 缩方案。它通过判断相邻切片之间关系，结合一种有效的参考向量更新方法编码每一个切片。 第三种方案则是利用被测芯核自身的存储能力、采用词条衍生的字典压缩方案。该方案首先 对所有测试向量实行相容判断，找出基本词条，然后再对这些词条进行反向相容，以及循环 移动若干位后的相容或反向相容判断，最后采用两级编码表示测试向量，达到较高的测试数 据压缩目的。 ( 4 ) 多扫描链测试能够减少单片测试用时，但是较多的输入通道提高了测试成本。为 了压缩测试数据，缩减输入通道数，一种多扫描链嫁接技术被提出。该技术以一个测试位为 单位，在最多可移动扫描链位数的情况卞，判断链向量之间的关系，对相容和反向相容的链 向量对应的扫描链进行合并。该技术利用了无关位和链向量形成机理，在保持较高测试数据 压缩情况下获得测试通道的减少，甚至于缩减到仅剩一个通道。 关键词：数字集成电路；测试数据；压缩；编码；解压电路；扫描链 a b s t r a c t t h ed e v e l o p m e n to fs e m i c o n d u c t o rm a n u f a c t u r i n gt e c h n o l o g yi sh e i g h t e n n i n gn u m b e ro f i n t e g r a t e dt r a n s i s t o r so nas i l i c o nc h i p ，a n dt h ee n h a n c e m e n to fc i r c u i td e s i g nc a p a b i l i t yi s i n c r e a s i n gf u n c t i o n a l i t ya n dc o m p l e x i t yo fi n t e g r a t e dc i r c u i t s t h u s ，t h es c a l eo fi n t e g r a t e dc i r c u i t s g r o w sw i t he a c hp a s s i n gd a y ，a n dd a t av o l u m ea n dd i f f i c u l t yo ft e s t i n gt h e mn a t u r a l l yi n c r e a s et o o i nv i e wo fr e s t r i c t i o n so ft h es t o r a g es p a c e ，c h a n n e l ，a n db a n d w i d t ho ft 船te q u i p m e n t sa n d8 0o n ， i no r d e rt oh e i g h t e nt e s tf a u l tc o v e r a g e ，r e d u c em o n o l i t h i ct e s tt i m ea n dt e s tc o s t , c o m p r e s s i n g p r e c o m p u t et e s ts e t so fc i r c u i t ss h o u l db eas i m p l e ，f e a s i b l ea n de f f e c t i v et e s ta p p r o a c h t h i sd i s s e r t a t i o na i m st or e s e a r c ht e s ts e tc o m p r e s s i o na n di m p l e m e n t a lc i r c u i tm a i n l y a c c o r d i n gt ot e s ts e tp r o c e s s i n g ，c o d em e t h o da n dm u l 6 p l e s c a nc h a i nd e s i g na n ds oo n t h em a i n c o n t e n t sa l ea sf o l l o w s ： ( 1 ) ah o r i z o n t a lb l o c k i n ga n dv e r t i c a lc o n t r a s tc o d es c h e m eh a sb e e np r o p o s e d ，w l d c h d i v i d e sa l lo ft e s tp a t t e r n si n t of i x e d - l e n g t hb l o c k s ，a n de n c o d e st h e ma c c o r d i n gt ow h e t h e r c o r r e s p o n d i n gb l o c k so fa d j a c e n tp a t t e r n si sc o m p a t i b l e0 1 o n e - b i to p p o s i t e i tu t i l i z e st h ei n t r i n s i c c o r r e l a t i o n sb e t w e e np a t t e r n s ，w h i c he x i s ti nm o r eu n s p e c i f i e db i t sa n dl e s sr e v e l b eb i t s t of u r t h e r e n l l a n c et h ec o m p r e s s i o ne f f e c to ft h ep r o p o s e ds c h e m e ，a na l g o r i t h mf o rs o r t i n gp a t t e r n sa l s oh a s b e e np r e s e n t e d ( 2 ) s i n c et h e r ee x i s ti n t r i n s i cc o r r e l a t i o n sb e t w e e np a t t e r n s ，a n de a c hd a t ab i ti so n l yl e tb e0 o r1 ，at e s t - b i t - r e o r g a n i z a t i o na l g o r i t h mh a sb e e np r o p o s e d ，w h i c hf a s t e nag r e a tn u m b e ro fs a m e t e s tb i t s0 ne n d so ft e s tp a t t e r n st h r o u g haj u d g e m e n tm e t h o ds oa st oe x t e n dl o n gr u n - l e n g t h s ，a n d r e d u c ee x i s t e n c eo fs h o r tl u l l 1 e n g t h s t w oe n c o d i n gs c h e m e sa n dad o n t - c a r ef i l l i n gs t r a t e g y h a v eb e e np r e s e n t e db a s e do nt h et e s ts e tp r o c e s s i n g t h ed o n t - c a r ef i l l i n gs t r a t e g ys p e c i f i e s r e m a i n d e rd o n t - c a rb i t sa f t e rt e s t - b i t - r e o r g a n i z a t i o np r o c e s s i n gb yr u n - l e n g t h ，w h i c hp r e v e n t s f r o mu n n e c e s s a r i l yd i v i d i n gr u n - l e n g t h sa n de n s u l e 8e x i s t e n c eo fl o n gr u n - l e n g t h s t h ep r o p o s e d e n c o d i n gs c h e m e sn o to n l yc o d e0r u n - l e n g t h sa n dlr u n - l e n g t h s ，b u ta l s o a l o n eu s h o r t f i x e d - l e n g t hc o d ew o r dt oi d e n t i f ye n d - r u nb l o c k s s i n c ec h a r a c t e r i s t i c so ft h et e s ts e ta f t e r t e s t - b i t - r e o r g a n i z a t i o np r o c e s s i n ga r ee f f e c t i v e l yu t i l i z e d ，t e s td a t ai sc o n s i d e r a b l yc o m p r e s s e da n d t e s tp o w e rd i s s i p a t i o ni ss i g n i f i c a n t l yr e d u c e d ( 3 ) c y c l i cs h i f tt e c h n i q u ei sa p p l i e de f f e c t i v e l yt od a t ap r o c e s s i n gi nt h ed i s s e r t a t i o n ，a n d i s e v e r a lt e s tc o m p r e s s i o ns c h e m e sh a v ea l s ob e e n p r o p o s e d i nd e a l i n gw i t hd a t ab l o c k sc o n t a i n i n g d o n tc a r eb i t s ，c y c l i cs h i rc a nc h a n g ef o r m so fe x i s t e n c eo fo r i g i n a ld a t au n d e r r e c o v e r a b i l i t ya n d e n s u r et or e u s ed o n tc a r eb i t s ，a n dh e n c ei tc a l li n c r e a s et h ec o r r e l a t i o n sb e t w e e nd a t ab l o c k sa n d p r o v i d ep o s s i b i l i t yf o rd a t ac o m p r e s s i o n t h ef i r s to ft h et h r e ep r o p o s e dc o m p r e s s i o ns c h e m e si sa s i n g l e s c a n c h a i nc o m p r e s s i o n ，w h i c hd y n a m i c a l l ye n c o d e st h e mb a s e do no c o 1 r r e n c ef r e q u e n c e o fe v r yb l o c kb yj u d g i n gc o r r e l a t i o n so fa d j a c e n tb l o c k si nd a t as t r e a m t h es e c o n di sa m u l t i p l e - s c a n c h a i nc o m p r e s s i o n ，w h i c he n c o d e se v e r ys l i c eb yj u d g i n gc o r r e l a t i o n so fa d j a c e n t s l i c e sc o m b i n i n g 、j l ，i t l la ne f f e c t i v em e t h o do fv e c t o rs c a l i n g t h et h i r di sab a s e d - d i c t i o n a r y c o m p r e s s i o ns c h e m et oa d o p td e r i v e de n t r i e s ，w h i c he x p l o i t st h e i ro w ns t o r a g ec a p a c i t yo fc o r e s t h es c h e m ef i r s t l yj u d g e sw h e t h e ra l lo ft e c tv e c t o r sa r ec o m p a t i b l ea n df i n d so u tb a s i ce n t r i e s ， a n dt h e nt h e ya r ea s c e r t a i n e dw h e t h e rt ob ec o m p a t i b l eo ri n v e r s ec o m p a t i b l ea f t e rc y c l i cs h i f to f s o m eb i t s a tl a s t ，at w o - l e v e lc o d ei su s e dt oi d e n t i f yt e s tv e c t o r s t h e r e f o r eh i g h e rt e s td a t a c o m p r e s s i o ni so b t a i n e d ( 4 ) m u l t i p l e - s c a n - c h a i nt e s tc a nr e d u c em o n o l i t h i ct e s tt i m e ，b u tm o r ei n p u tc h a n n e l s r e q u i r em o r et e s tc o s t i no r d e rt oc o m p r e s st e s td a t a ，r e d u c et h en u m b e ro fi n p u tc h a n n e l s ，a m u l t i p l e s c a n - c h a i ng r a f t i n gt e c h n i q u eh a sb e e np r o p o s e d t h et e c h n o l o g yj u d g e sc o r r e l a t i o n s b e t w e e nc h a i nv e c t o r sb yo n et e s tb i tu n d e rs h i f t i n gb i t sa tm o s te q u a lt oas c a nc h a i n ，a n dm e r g e s t h ev e c t o r sc o m p a t i b l ea n di n v e r s ec o m p a t i b l e i tu t i l i z e sd o n tc a r eb i t sa n df o r m i n gm e c h a n i s m o fc h a i nv e c t o r s ，a n dh e n c et h es c h e m er e d u c e sn u m b e ro ft e s tc h a n n e l s ，e v e nb yo n l yo n ec h a n n e l ， w h i l eh i g h e rd a t ac o m p r e s s i o n k e y w o r d s ：d i g i t a li n t e g r a t e dc i r c u i t ：t e s td a t a ；c o m p r e s s i o n ；c o d e ：d e c o m p r e s s i o nc i r c u i t ： s c a nc h a i n i v 致谢 值此论文完成之际，衷心感谢我的导师梁华国教授! 在这多年的学习、研究和生活中， 梁老师给予我精心的指导和亲切的关怀：在我惘然时给我指引方向；在我消沉时给我鼓舞； 在我疲惫时给我力量。梁老师的循循善诱、诲人不倦的教育方式，一丝不苟、求真务实的科 学精神和矜矜业业、废寝忘食的工作态度等等等，都时刻影响着我，激励着我。还有，梁老 师那广博的学识、宽广的胸怀、和睦的家庭为我树立了榜样，时刻催我奋进，促我努力! 在这里，还要真诚地感谢易茂祥老师，因为他的友谊、坦诚和帮助：感谢吴永忠老师， 因为他的乐观、直爽和帮助；感谢曹航老师，因为他的友爱、理解和帮助；感谢黄正峰、陈 田、王伟、刘军和李阳老师，因为他们的友谊和帮助。 同时感谢计算机与信息学院的刘晓平教授、胡学钢教授、王浩教授、周国祥教授、侯整 风教授、王新生老师以及其他老师，因为他们的无私支持和帮助，使我受益良多! 也要感谢系统结构研究室的詹文法老师、项莉萍老师、徐辉老师、王杰、朱兵、孙科、 罗强、程旺燕、徐三子、李松坤、吴义成、李鑫、以及其他同学，感谢他们给予的热情支持 和帮助! 在这里，我还要感谢我的爱人张维赞。因为她的大力支持、关心、照顾和无私奉献， 使我在学习、工作和生活上都很顺利；成为我完成学业的关键，在此深表谢意! 也在此说一 声：辛苦啦! 还要感谢我的儿子，他可爱、听话、好学、有进取心，能够使我在快乐、祥和中进行科 学研究。 最后，由衷地感谢我的父母亲，感谢他们几十年对我培养、教诲和支持! 总之，在这里一并感谢和祝福所有支持或帮助过我的老师、同事、同学、亲人和朋友们， 以及在百忙中评审阅读本文的各位专家老师，并向本文中所引用文献的作者们一并表示衷心 的谢意! v 刘杰 2 0 1 1 年1 月于逸夫楼1 0 0 1 室 目录 第一章绪论l 1 1 课题研究背景：。l 1 i 1 集成电路技术发展状况1 1 1 2 集成电路产业发展状况3 l1 3 集成电路面临的故障测试难题3 1 2 集成电路的故障模型和测试类型4 1 2 i 故障模型4 1 2 2 测试类型。6 i 3 数字集成电路故障测试的研究进展7 1 3 1 测试模式产生的演化过程。7 1 3 2 测试模式压缩的提出。9 1 4 测试数据压缩的研究状况1 l 1 4 1 基于编码的测试数据压缩方案1 2 1 4 2 基于线性解压结构的测试数据压缩方案1 5 1 4 3 基于广播扫描的测试数据压缩方案_ 1 7 1 4 4 各种测试压缩方案的比较2 0 1 5 研究课题来源及研究目的和意义2 2 1 5 1 研究课题来源2 2 1 5 2 研究目的2 2 1 5 3 研究意义2 2 1 6 论文的研究内容和组织结构2 3 第二章分块编码与优化排序的测试数据压缩技术2 7 2 1引言2 7 2 2 编码方案与排序算法2 8 2 2 1 编码方案的描述2 8 2 2 2 编码方案提出的依据3 0 2 2 3 测试集的优化排序算法描述3 1 2 3 解压电路3 2 2 4 实验结果与分析，3 4 v 2 5 本章小结3 6 第三章测试位重组算法及其相应的编码压缩方案3 7 3 1引言3 7 3 2 测试位重组算法3 8 3 2 1 算法内容3 8 3 2 2 理论分析4 0 3 2 3 实验结果与分析4 1 3 2 4 小结4 4 3 3 端标记交替一连续编码测试压缩技术4 4 3 3 1 编码方案提出4 4 3 3 2 解压电路4 6 3 3 3 实验结果与分析4 8 3 3 4 小结4 9 3 4 基于对称编码的综合测试压缩方案4 9 3 4 1 游程赋值策略4 9 3 4 2 对称编码5 0 3 4 3 解压电路5 l 3 4 4 实验结果与分析5 3 3 。4 5 小结5 5 3 5 本章小结5 5 第四章基于循环移位技术的编码压缩方案：5 7 4 1 引言5 7 4 2 采用循环移位和优化编码的测试压缩方法。5 7 4 2 1 引入循环移位技术的依据5 8 4 2 2 操作过程与编码思想5 8 4 2 3 理论分析6 0 4 2 4 实施电路6 2 4 2 4 实验结果与分析6 3 4 2 4 小结6 5 4 3 动态调整向量的多扫描链测试压缩技术。6 5 4 3 1 动态调整向量压缩技术6 6 4 3 2 测试压缩整体实现过程。6 9 4 3 3 实验结果与分析7 l 4 3 4 小结。7 3 v i 4 4 采用字典词条衍生模式的测试数据压缩7 4 4 4 1 所提压缩技术。7 4 4 4 2 实施电路7 7 4 4 3 实验结果与分析7 8 4 4 4 小结8 l 4 5 本章小结8 2 第五章采用测试向量合并的多扫描链嫁接测试8 3 5 1 引言。8 3 5 2 设计方案8 4 5 3 综合过程8 6 5 4 实验结果与分析8 7 5 5 本章小结8 9 第六章总结与展望9 1 6 1 工作总结9 1 6 2 进一步工作9 2 参考文献 攻读博士学位期间参加研究的课题和发表的论文1 0 7 i x 插图清单 图1 1 不同时期的半导体收入与特征尺寸2 图1 2不同时期半导体收入与单片晶体管数量变化趋势2 图1 3 随时间变化的测试数据4 图1 4 数字电路测试框图7 图1 5 一般扫描通路设计：8 图1 6 测试数据压缩框图。l o 图1 7 基于完全字典编码的数据压缩方案1 4 图1 8 线性时序解压结构实例。1 7 图1 9i l l i n o i s 扫描结构的两种模式1 8 图1 1 0 扫描森林2 0 图2 1不同编码下分块位数与压缩增益的关系。3 l 图2 2 分块编码解压电路框图。3 3 图2 3f s m 的状态转移图3 3 图3 1 概率与平均连续块位数关系4 l 图3 2 重组后模式4 5 图3 3 端标记交替连续编码解压电路框图4 7 图3 4f s m 的状态转换图4 7 图3 5 对称编码解压电路框图5 2 图3 6f s m 的状态转换图5 2 图4 1h u f f m a n 树表示的编码结构5 9 图4 21 = - 5 时平均编码位数比较6 l 图4 3k = 2 5 时平均编码位数比较6 l 图4 4 实施电路框图- 。6 2 图4 1 5 基于编码压缩技术的多扫描链测试6 6 图4 6 合并链向量7 0 图4 7 实施电路结构7 l 图4 8 多扫描链测试电路结构7 7 图4 9 单扫描链测试电路结构。7 8 图4 1 0 电路s 1 5 8 5 0 在不同扫描下词条数。8 0 x i 图4 1 l 电路s 3 8 5 8 4 在不同扫描下词条数。8 0 图5 1 多扫描链错位合并结构：8 5 x i l 表1 1 表1 2 表1 3 表1 4 表2 1 表2 2 表2 3 表2 4 表2 5 表2 6 表3 1 表3 2 表3 3 表3 4 表3 5 表3 6 表3 7 表3 8 表3 9 表3 1 0 表3 1 1 表3 1 2 表3 1 3 表3 。1 4 表4 1 表4 2 表4 3 表4 4 表4 5 表格清单 不同时期i n t e l 处理器工艺、面积和包含的晶体管数量l 与非门芯片的制造工艺进展2 尾长固定2 位的g o l o m b 码码表。1 2 不同类型测试方案的特性比较。2 l 撑与& 的操作定义2 8 所提方案编码实例。2 8 所提压缩方案在排序前后的压缩效果3 4 压缩方案的比较3 4 基于优化排序后的压缩率比较3 5 硬件开销的比较3 5 测试位重组前后对照3 8 游程对比。4 l 重组与非重组算法下的压缩方案对比4 2 与使用差分优化算法的压缩方案的比较。4 2 测试位重组前后的测试集对测试功耗的影响4 3 端标记交替连续编码码表4 5 重组后编码结果4 6 测试位重组前后的压缩方案对比4 8 基于c s r 的压缩方案的比较4 8 对称编码码表5 0 编码及对比5l 对称编码在游程赋值前后的压缩率对比5 3 几种压缩方案比较5 4 测试功耗比较5 4 循环移位范例。5 8 循环移位与编码过程5 9 最高压缩率与相应最大循环右移位数。6 3 与同类压缩方案的比较“ 与游程编码压缩方案的比较。6 4 表4 6 表4 7 表4 8 表4 9 表4 1 0 表4 1 1 表4 1 2 表4 1 3 表4 1 4 表4 1 5 表4 1 6 表4 1 7 表4 1 8 表5 1 表5 2 表5 3 测试耗时比较( 毫秒) 。6 5 循环移位范例6 6 编码规则6 8 所提压缩技术压缩流程。6 9 基于不同扫描链的测试数据压缩率7 2 压缩率比较7 2 测试耗时分析( 毫秒) 7 3 所提压缩技术压缩流程7 5 基于不同扫描链的测试数据压缩率 7 8 同类压缩率比较7 9 考虑字典存储后压缩率比较7 9 测试耗时分析( 毫秒) 8 l 单扫描链下压缩率比较8l 实验结果。8 7 针对硬故障集的不同扫描链下压缩率比较。8 8 压缩率比较。8 8 x 第一章绪论 第一章绪论 1 1 课题研究背景 1 1 1 集成电路技术发展状况 1 9 6 5 年，英特尔( h t e l ) 共同创始人戈登摩尔( g o r d o nm o o r e ) 预言：每个芯片的产生 都是在前一个芯片产生后1 8 2 4 个月内，并且新芯片所含晶体管数量也将翻一番。这就是著名 的摩尔定律1 胡。这个关于半导体集成的发现推动了广泛的科技革命，实现了集成电路工业 在电子消费和生活方式中的新变革。今天，英特尔推出的微处理器已经远远超过每个裸片 ( d i e ) 2 0 亿个晶体管，其工厂制作工艺已经达$ 1 j 3 2 n m ，并开始研究和尝试2 8 n m 以下的工艺 技术。表1 1 给出了不同时期i n t e l 微处理器的工艺尺度、芯片面积以及晶体管数量呤1 。例如在 2 0 1 1 年，i n t e l 微处理器达至l j l 0 核集成，包含2 6 亿个晶体管，采用3 2 n m t 艺技术，仅使用5 1 2 n a n 2 的硅晶片。图1 卜图1 2 分别列出了不同时期的集成电路收入、特征尺寸和单片晶体管数量h 1 之间的关系。例如在2 0 1 1 年，半导体收入可以达到4 万亿美元左右，而制作工艺可以降到2 0 n m 左右，单片f l a s h 存储器所含晶体管数可以接近1 千亿。表1 2 列出不同厂家基于与非门的芯片 制作工艺进展情况哺。例如在2 0 1 1 年，很多企业都准备研究2 0 n m 以下工艺技术。从这些图表 不难看出，随着岁月流逝，芯片的制作工艺得到不断改进，单个芯片所含晶体管数量被迅速 提高。加之工业技术的突飞猛进，电子技术的不断提高，以及信息化时代的飞速发展，从而 出现了一个个庞大的、复杂的、功能各异的超大规模集成电路( 。s i ) 。 表1 1 不同时期i n 埘处理器工艺、面积和包含的晶体管数量 处理器晶体管展出日期 制作工艺面积 i n t e l4 0 0 4 2 ，3 0 0 1 9 7 l1 0p m1 21 n , 1 2 i n t e l8 0 8 6 2 9 ，0 0 0 1 9 7 83i n n3 3 衄n 2 i n t e l8 0 3 8 6 2 7 5 ，0 0 0 1 9 8 51 5p m1 0 4 m m 2 i n t e l8 0 4 8 6 l ，18 0 , 0 0 0 1 9 8 91 t t m p 饥t i u m 3 ，1 0 0 ，0 0 0 1 9 9 3 0 8 t t m p e n t i u m4 4 2 ，0 0 0 ，0 0 0 2 0 0 01 8 0 n m c o r e