纳米时代的集成电路课件

清华大学微电子学研究所IntegratedCircuitsinNano-ElectronicsEraDrShaoJunWEL,ProfessorDirector,InstituteofMicroelectronicsTsinghuaUniversity,PRCOctober12.2019清华大学微电子学研究所1清华大学微电子学研究所OutlinesIntegratedCircuitsGoldenmooreVonNeumannNano-ElectronicsEraGeneralityisKingIntegratedCircuitsandICT清华大学微电子学研究所2清华大学微电子学研究所t的samAGameofCalculation?230=2,073,741824Whatdoesthisnumbermean?whydoweneedtoknowthisnumber?Ifwesaythatsomeindustrygrowswithayeartoyearrateof2n,nyear,isthistrue?Thenumberoftransistorsonasinglesiliconchipdoubledevery18months.Ifonly1transistorexistedonachipin1965todayasinglechipmaycontainmorethan1billiontransistors,as(2019-1965)12÷18=30.1.Wearecertainlyshockedbythisamazinglaw2.Wearecuriouslytoknowwhythelawhasbeenvalidforsolongtime3.Wearealsoeagerlytoknowhowlongthislawwilllastinthefuture清华大学微电子学研究所3清华大学微电子学研究所BinaryandDigitalSystemElementsofdecimalandbinarysystemRealworldisanalogDecimalSystem:0,1,2,3,4,5,6,7,8,9啊种BinarySystem:0,1AcomponentdealingwithdecimalhasveryhighcostDecimal<-Binary<->0000数模1<>0001字拟2<->00103>0011<->0100界界5<->0101<->0110虚真70111拟实8<->1000的的9<->1001清华大学微电子学研究所4tent=02AmplifierandBinaryCodeA|Amplifier闸门开到最大:“1电动机(完学关闸门大坝大坝注:假设水流发电机时恒定的tent=02AmplifierandBinaryC5清华大学微电子学研究所VacuumTube阴极不发射电子时为"0阴极发射的电阳极收子全部被阳集电子接收时为"1阳极栅极通过在栅极施飞乐266-TH型6电子管3波段收音机电位可以控制从阴极阴极到阳极通过的通电后阴电子量极向阳极发射电子要想使阴极能够发射电子就要将阴极加热到数百摄氏度高温清华大学微电子学研究所6终大学电字ENAC:1stElectronicsComputerENAc总共安装了17468只电子管,7200个二极管,7000多电阻器,10000多只电容器和6000只继电器,电路的焊接点多达50万个;在机器表面,则布满电表、电线和指示灯。机器被安装在一排275米高的金属柜里,占地面积为170平方米左右,总重量达到30吨。ENAc的耗电量超过174千瓦;电子管平均每隔7分钟就要被烧坏一只,工作人员必须不停地更换。ENAC的运算速度达到每秒钟5000次加法,可以在3/1000秒时间内完成两个10位数乘法,一条炮弹的轨迹,20秒钟就能算完,比炮弹本身的飞行速度还要快。在第二次世界大战期间,美国宾夕法尼亚大学莫尔学院电工系同阿贝丁弹道研究实验室共同负责为陆军每天提供6张火力表,这项任务非常困难和紧迫。因为,每张火力表都要计算几百条弹道,而一个熟练的计算员用手摇台式计算机计算一条飞行60秒钟的弹道需要20小时,如果使用大型的微分分析仪也要15分钟,迫切需要研制一种新型的计算机,来提高计算弹道参数的速度,以满足军事上的需要。1942年8月,莫尔学院的莫克利(JohnMauchly)定了一份题为《高速电子管计算机装置的使用》的备忘录,这个备忘录引起了研究生埃克特(PresperEckert)的浓厚兴趣,后来埃克特成为第一台电子计算机的总工程师1943年6月5日,莫尔学院与军械部正式签订合同,并命名“电子数值积分和计算机(E|extronicNumericalIntegratorAndComputer)”,简称ENAc(埃尼阿克)。终大学电字ENAC:1stElectronicsCom7清华大学微电子学研究所Transistor1947年,第支晶体管在美国贝尔实验室诞生,巴丁、肖克利和布莱坦获得1956年诺贝尔物理学奖W.Shockley,JBardeenandW.Brattain清华大学微电子学研究所8基好时PrincipleofSemiconductorTransistor源S漏D金属层多晶硅+((+(+(+(+(+氧化层扩散区硅衬底金属氧化物半导体晶体管(MOS晶体管)结构图基好时PrincipleofSemiconductor9清华大学微电子学研究所t的samIntegratedCircuits2000年,JKilby获得诺贝尔物理学奖1958年,J.Kilby发明了集成电路的理论模型1959年,B.N。yce发明了今天的集成电路sPentiumIVPentiumⅢ清华大学微电子学研究所10纳米时代的集成电路课件11纳米时代的集成电路课件12纳米时代的集成电路课件13纳米时代的集成电路课件14纳米时代的集成电路课件15纳米时代的集成电路课件16纳米时代的集成电路课件17纳米时代的集成电路课件18纳米时代的集成电路课件19纳米时代的集成电路课件20纳米时代的集成电路课件21纳米时代的集成电路课件22纳米时代的集成电路课件23纳米时代的集成电路课件24纳米时代的集成电路课件25纳米时代的集成电路课件26纳米时代的集成电路课件27纳米时代的集成电路课件28纳米时代的集成电路课件29纳米时代的集成电路课件30纳米时代的集成电路课件31纳米时代的集成电路课件32纳米时代的集成电路课件33纳米时代的集成电路课件34纳米时代的集成电路课件35纳米时代的集成电路课件36纳米时代的集成电路课件37纳米时代的集成电路课件38纳米时代的集成电路课件39纳米时代的集成电路课件40纳米时代的集成电路课件41纳米时代的集成电路课件42纳米时代的集成电路课件43纳米时代的集成电路课件44纳米时代的集成电路课件45纳米时代的集成电路课件46纳米时代的集成电路课件47纳米时代的集成电路课件48纳米时代的集成电路课件49纳米时代的集成电路课件50纳米时代的集成电路课件51纳米时代的集成电路课件52纳米时代的集成电路课件53纳米时代的集成电路课件54纳米时代的集成电路课件55纳米时代的集成电路课件56纳米时代的集成电路课件57纳米时代的集成电路课件58纳米时代的集成电路课件59纳米时代的集成电路课件60纳米时代的集成电路课件61纳米时代的集成电路课件62纳米时代的集成电路课件63纳米时代的集成电路课件64纳米时代的集成电路课件65纳米时代的集成电路课件66纳米时代的集成电路课件67纳米时代的集成电路课件68纳米时代的集成电路课件69纳米时代的集成电路课件70纳米时代的集成电路课件71纳米时代的集成电路课件72纳米时代的集成电路课件73纳米时代的集成电路课件74纳米时代的集成电路课件75纳米时代的集成电路课件76纳米时代的集成电路课件77纳米时代的集成电路课件78纳米时代的集成电路课件79纳米时代的集成电路课件80纳米时代的集成电路课件81纳米时代的集成电路课件82纳米时代的集成电路课件83纳米时代的集成电路课件84纳米时代的集成电路课件85纳米时代的集成电路课件86纳米时代的集成电路课件87纳米时代的集成电路课件88纳米时代的集成电路课件89清华大学微电子学研究所IntegratedCircuitsinNano-ElectronicsEraDrShaoJunWEL,ProfessorDirector,InstituteofMicroelectronicsTsinghuaUniversity,PRCOctober12.2019清华大学微电子学研究所90清华大学微电子学研究所OutlinesIntegratedCircuitsGoldenmooreVonNeumannNano-ElectronicsEraGeneralityisKingIntegratedCircuitsandICT清华大学微电子学研究所91清华大学微电子学研究所t的samAGameofCalculation?230=2,073,741824Whatdoesthisnumbermean?whydoweneedtoknowthisnumber?Ifwesaythatsomeindustrygrowswithayeartoyearrateof2n,nyear,isthistrue?Thenumberoftransistorsonasinglesiliconchipdoubledevery18months.Ifonly1transistorexistedonachipin1965todayasinglechipmaycontainmorethan1billiontransistors,as(2019-1965)12÷18=30.1.Wearecertainlyshockedbythisamazinglaw2.Wearecuriouslytoknowwhythelawhasbeenvalidforsolongtime3.Wearealsoeagerlytoknowhowlongthislawwilllastinthefuture清华大学微电子学研究所92清华大学微电子学研究所BinaryandDigitalSystemElementsofdecimalandbinarysystemRealworldisanalogDecimalSystem:0,1,2,3,4,5,6,7,8,9啊种BinarySystem:0,1AcomponentdealingwithdecimalhasveryhighcostDecimal<-Binary<->0000数模1<>0001字拟2<->00103>0011<->0100界界5<->0101<->0110虚真70111拟实8<->1000的的9<->1001清华大学微电子学研究所93tent=02AmplifierandBinaryCodeA|Amplifier闸门开到最大:“1电动机(完学关闸门大坝大坝注:假设水流发电机时恒定的tent=02AmplifierandBinaryC94清华大学微电子学研究所VacuumTube阴极不发射电子时为"0阴极发射的电阳极收子全部被阳集电子接收时为"1阳极栅极通过在栅极施飞乐266-TH型6电子管3波段收音机电位可以控制从阴极阴极到阳极通过的通电后阴电子量极向阳极发射电子要想使阴极能够发射电子就要将阴极加热到数百摄氏度高温清华大学微电子学研究所95终大学电字ENAC:1stElectronicsComputerENAc总共安装了17468只电子管,7200个二极管,7000多电阻器,10000多只电容器和6000只继电器,电路的焊接点多达50万个;在机器表面,则布满电表、电线和指示灯。机器被安装在一排275米高的金属柜里,占地面积为170平方米左右,总重量达到30吨。ENAc的耗电量超过174千瓦;电子管平均每隔7分钟就要被烧坏一只,工作人员必须不停地更换。ENAC的运算速度达到每秒钟5000次加法,可以在3/1000秒时间内完成两个10位数乘法,一条炮弹的轨迹,20秒钟就能算完,比炮弹本身的飞行速度还要快。在第二次世界大战期间,美国宾夕法尼亚大学莫尔学院电工系同阿贝丁弹道研究实验室共同负责为陆军每天提供6张火力表,这项任务非常困难和紧迫。因为,每张火力表都要计算几百条弹道,而一个熟练的计算员用手摇台式计算机计算一条飞行60秒钟的弹道需要20小时,如果使用大型的微分分析仪也要15分钟,迫切需要研制一种新型的计算机,来提高计算弹道参数的速度,以满足军事上的需要。1942年8月,莫尔学院的莫克利(JohnMauchly)定了一份题为《高速电子管计算机装置的使用》的备忘录,这个备忘录引起了研究生埃克特(PresperEckert)的浓厚兴趣,后来埃克特成为第一台电子计算机的总工程师1943年6月5日,莫尔学院与军械部正式签订合同,并命名“电子数值积分和计算机(E|extronicNumericalIntegratorAndComputer)”,简称ENAc(埃尼阿克)。终大学电字ENAC:1stElectronicsCom96清华大学微电子学研究所Transistor1947年,第支晶体管在美国贝尔实验室诞生,巴丁、肖克利和布莱坦获得1956年诺贝尔物理学奖W.Shockley,JBardeenandW.Brattain清华大学微电子学研究所97基好时PrincipleofSemiconductorTransistor源S漏D金属层多晶硅+((+(+(+(+(+氧化层扩散区硅衬底金属氧化物半导体晶体管(MOS晶体管)结构图基好时PrincipleofSemiconductor98清华大学微电子学研究所t的samIntegratedCircuits2000年,JKilby获得诺贝尔物理学奖1958年,J.Kilby发明了集成电路的理论模型1959年,B.N。yce发明了今天的集成电路sPentiumIVPentiumⅢ清华大学微电子学研究所99纳米时代的集成电路课件100纳米时代的集成电路课件101纳米时代的集成电路课件102纳米时代的集成电路课件103纳米时代的集成电路课件104纳米时代的集成电路课件105纳米时代的集成电路课件106纳米时代的集成电路课件107纳米时代的集成电路课件108纳米时代的集成电路课件109纳米时代的集成电路课件110纳米时代的集成电路课件111纳米时代的集成电路课件112纳米时代的集成电路课件113纳米时代的集成电路课件114纳米时代的集成电路课件115纳米时代的集成电路课件116纳米时代的集成电路课件117纳米时代的集成电路课件118纳米时代的集成电路课件119纳米时代的集成电路课件120纳米时代的集成电路课件121纳米时代的集成电路课件122纳米时代的集成电路课件123纳米时代的集成电路课件124纳米时代的集成电路课件125纳米时代的集成电路课件126纳米时代的集成电路课件127纳米时代的集成电路课件128纳米时代的