电子信息专业导论03 集成电路.pdf

2014 10 29 1 主讲 张有光教授主讲 张有光教授 电子信息工程学院电子信息工程学院 电子信息导论电子信息导论 03 集成电路集成电路 历史历史与未来与未来 我国最大我国最大单品单品贸易逆差是什么 贸易逆差是什么 2014 10 29 2 我国最大我国最大单品单品贸易逆差是什么 贸易逆差是什么 集成电路进出口 进口 出口 逆差 2012年 1920 534 1386 2013年 2313 877 1436 单位 亿美元 为什么 有什么隐患 集成电路的发明历史集成电路的发明历史 2014 10 29 3 电子管电子管 开启电子时代开启电子时代 18831883年爱迪生年爱迪生效应效应 19041904年弗莱明年弗莱明发明真空二极管发明真空二极管 19061906年年福雷斯特福雷斯特发明真空三极管发明真空三极管 第一台计算机第一台计算机 19461946年年2 2月美国月美国 1880018800只电子管只电子管 3030吨重吨重 140140平方米平方米 50005000次次 秒秒 有什么用 2014 10 29 4 晶体之火 发明故事发明故事 布拉顿布拉顿 巴巴 丁丁 肖克利肖克利 19471947年年1212月月1616日发明日发明 19561956年年 诺贝尔物理奖诺贝尔物理奖 物理 材料 结构设计 19541954年年第第1 1台台 晶体管计算机晶体管计算机 19521952达默提出达默提出 集成电路集成电路设想设想 2014 10 29 5 集成电路之父集成电路之父 基尔比基尔比 20002000年诺贝尔年诺贝尔物理学物理学奖奖 TITI公司 公司 19581958年年9 9月月在锗在锗晶片晶片 上上制作制作相移相移振荡振荡器器 4 4个个元器元器 件件 不不需要用需要用金属金属导线相连导线相连 仙童 平面工艺仙童 平面工艺 与与 集成电路集成电路 诺伊斯诺伊斯 英特尔创始人英特尔创始人 霍尔尼霍尔尼 2014 10 29 6 卓以和卓以和 分子束外延分子束外延 材料工艺材料工艺 东方人的耐心与西方的技术结合东方人的耐心与西方的技术结合 CMOS互补金属互补金属氧化物半导体氧化物半导体 19631963年年 Frank Frank WanlassWanlass发明发明CMOSCMOS电路电路 19681968年年Albert Albert MedwinMedwin CMOSCMOS集成电路集成电路 2014 10 29 7 CPUCPU由一堆沙变成由一堆沙变成集成电路 集成电路 CPU是现代 计算机的 核心部件 2014 10 29 8 制造制造CPU 的基本原料的基本原料 硅来自那些最不起 眼的沙子经过复杂 的制作过程 CPU制造制造 的准备阶段的准备阶段 晶圆上的方块称为芯片 2014 10 29 9 光刻光刻 在监测自动湿刻蚀工具中的晶圆 该工艺可清 除晶圆上多余的操作助剂或者污染物 测试测试 封装测试过程封装测试过程 2014 10 29 10 集成电路产业发展史集成电路产业发展史 摩尔定律摩尔定律 1965 1965 半导体霸主 半导体霸主 戈登戈登 摩尔摩尔 英特尔创始人英特尔创始人 2014 10 29 11 超越摩尔超越摩尔 自旋电子自旋电子 类脑计算类脑计算 量子计算量子计算 DNA DNA 延续延续了了5050年的摩尔定律即将失效 年的摩尔定律即将失效 集成器件制造商集成器件制造商 IDM 从存储器到处理器从存储器到处理器 PCPC处理器占处理器占80 80 集成电路发明集成电路发明 模拟集成电路模拟集成电路 2014 10 29 12 张忠谋张忠谋 代工代工 Fabless 设计与制造分开 开创半导体产业的新时代设计与制造分开 开创半导体产业的新时代 ARM IP模式的典范模式的典范 ChiplessChipless Advanced RISC Machines 授权方式 架构架构 指令集指令集 处理器处理器 处理器优化处理器优化 物理物理IPIP包包 盈利模式 IPIP授权费授权费 版税版税 2014 10 29 13 器件器件设计设计 集成电路集成电路 MP0 MP2 MN0 MN2 B B Input1 Input2 Input1 Input2 Gnd Gnd MP1 MN1 Input1 Input2 Gnd Vdda Vdda CLK CLK MP2MP0MP1MP3 MN0 MN1 Qm Qm VDD RS NVM0 CLK Gnd MN2 RS NVM1 自旋信号自旋信号写入写入 自旋信号读取自旋信号读取 CLK CLK CLK CLK CLK CLK vDD vDD vDD vDD vDD vDD vDD vDD Gnd Gnd Gnd Gnd Gnd Gnd Gnd Gnd A A A Ci A Ci Ci A A Ci Ci Ci B B B B TE TE BE BE TE TE BE BE SUM Co SUM Co SHRS SLRS v PCSA RSM Write logic MPCH MPCH MNPD MNAMP MNAMP MPAMP MPAMP SLRS SHRS SHRS SLRS SHRS SLRS SHRS SLRS SLRS SHRS 功能模块功能模块 基于自旋基于自旋电子电子 器件器件的加的加法器法器 器件建模器件建模 计算模拟计算模拟与与 实验实验测试比较测试比较 测试片测试片 集成电路 EDA 中国华大九天中国华大九天 EDAEDA全球第全球第4 4 仿真与数学 仿真与数学 实验 是科学实验 是科学 研究手段研究手段 集成电路集成电路 封装技术封装技术 2014 10 29 14 集成电路集成电路 测试系统测试系统 2014 10 29 15 22nm FinFET 3D晶体管晶体管 鳍式鳍式场效场效应应晶体管晶体管 19991999 胡正明胡正明 UCBUCB教授教授 2014 10 29 16 后摩尔时代 集成电路趋势 后摩尔时代 集成电路趋势 石墨烯单分子膜场效应晶体管石墨烯单分子膜场效应晶体管 碳碳纳米纳米管管 晶体管晶体管 2014 10 29 17 胶带胶带粘出来的粘出来的诺贝尔奖诺贝尔奖 安德烈安德烈 海姆海姆 诺沃肖洛夫诺沃肖洛夫 自旋电子学自旋电子学 发展趋势发展趋势 东芝预测东芝预测 20302030 20202020 当前当前 2014 10 29 18 类脑类脑计算计算 生物计算生物计算 量子计算量子计算 近年来 中国集成电路发展 近年来 中国集成电路发展 2014 10 29 19 2013清华大学清华大学 发现发现 量子反常霍尔效应量子反常霍尔效应 19801980年发现年发现整数整数 量子量子霍尔效应霍尔效应 19821982年发现年发现分数分数 量子量子霍尔效应霍尔效应 20072007年证实年证实自旋自旋 量子霍尔效应量子霍尔效应 2013 复旦大学复旦大学 发明半浮栅晶体管发明半浮栅晶体管 2014 10 29 20 半浮栅半浮栅晶体管晶体管 隧穿与隧穿与浮栅浮栅结构融合结构融合 重大价值 SRAM SRAM DRAMDRAM 图像传感器图像传感器 2013年年 22nm 先导先导工艺研发成功工艺研发成功 2014 10 29 21 千亿基金助推集成电路新跨越千亿基金助推集成电路新跨越 国家集成电路产业