摘 要: 集成电路是信息社会经济发展的基石。通过对集成电路发展规律的分析，从集成电路的设计、制造、新产品研发和市场动态等方面，描述了集成电路的最新动态；探讨了集成电路的发展趋势；指出集成电路与其它学科、技术的结合，不断形成新的研究方向；新材料、新结构、新器件不断涌现，特征尺寸继续缩小，摩尔定律仍然起作用。 关键词: 集成电路；微电子技术；摩尔定律；标准加工线；系统集成芯片中 还春Abstract:防盗螺母 Integrated circuit is the base of economic development of an information society. By analyzing the development law of IC’s, recent progresses in the design and fabrication of IC’s are described, as well as the R & D of new products and market trends. The latest development trend of IC’s is discussed. It is pointed out that, by combining with other subjects and technologies, new research topics are emerging. With the advent of novel materials structures and devices, the feature size of integrated circuits keeps scaling down, and the Moore’s law still works.
Key words: Integrated circuit; Microelectronics; Moore’s law; Foundry; SOC
1 引 言
集成电路和软件是信息社会经济发展的基石和核心。正如美国工程技术界最近评出20世纪世界20项最伟大工程技术成就中第五项电子技术时提到，/从真空管到半导体、集成电路，已成为当代各行各业智能工作的基石。集成电路是最能体现知识经济特征的典型产品之一。目前，以集成电路为基础的电子信息产业已成为世界第一大产业。随着集成电路技术的发展，整机与元器件之间的明确界限被突破，集成电路不仅成为现代产业和科学技术的基础，而且正创造着代表信息时代的硅文化[1]。 2 pfc电感集成电路的发展
2.1 市场及其发展
30多年来，集成电路市场成长迅速，基本上是一条指数发展规律。随着科学技术的进步，集成电路在电子产品销售额中所占的份额逐年提高。目前，集成电路在整机中的应用，以计算机(PC)最大，通讯次之，第三位是消费类电子[2]。集成电路的发明人J. Kilby认为：集成电路产业一向是通过寻新的应用领域发展起来的，如计算器、数字手表、PC、手机等，而每一种产品销售量都比前一种高出一个数量级。21世纪，在移动中随时随地获取信
息和处理信息成为把握先机而制胜的法宝。如果说前20年PC是集成电路发展的驱动器，那么，后20年主要的驱动器应该是与因特网结合的可移动袖珍实时信息处理设备，其核心是数字信号处理器路障灯[3]。
20世纪90年代前半期，IC技术和市场发展的推动力是PC；进入后半期，手机成为仅次于PC的第二大推动力；进入21世纪，汽车将成为IC技术发展的新动力。据日本野村证券金融研究所推算， 2008-2009年，车载IC市场将超过PC。汽车电子已成为半导体业界的另一热点。微机电系统(MEMS)市场需求数量未来两年会达到约45%的复合成长率；美国使用微机电组件的比例，预计将从现在的每人低于2件增长到2007年每人超过6件。
2.2 产业格局与结构
集成电路产业的发展是市场牵引和技术推动的结果。集成电路根本的生命力在于它可以大批量、低成本和高可靠地生产。集成电路芯片价格约为101~102美元，而集成电路生产线的投资高达10~15亿美元(200 mm，0.18Lm)，即109美元。要想赢利，产量必须在107~108量级。集成电路是整机高附加值的倍增器，但它并不是最终产品，如果它不能在整机和系统中应用，那它既不能吃，也不能用，就没有价值，更谈不上高附加值。这就决
定了集成电路产业的建设必须首先考虑整机和系统应用的发展，即市场的需求。只有在市场足够大的情况下，才能开始建设芯片生产厂。
2.3 Foundry建设
集成电路的加工正在向Foundry模式转变。我国台湾的台积电公司(TSMC)于1987年最早建成Foundry。现在全世界Foundry服务做得最好的都是华人，主要代表是的TSMC、联电UMC、中芯国际SMIC、新加坡的特许半导体公司等，全世界67%的Foundry业务集中在东南亚。Foundry的建设必须采用系统工程的方法，使其具备多进多出功能，即能接受行为描述级、逻辑级、版图级等不同层次的电路设计输入，可以有硅片级、封装后成品级等输出。因此，Foundry要有自己的设计服务部和掩膜版制作部，并与封装厂和测试厂建立固定的战略同盟；提供多种工艺模块，以适应不同电路设计的加工需要；把适应自身生产线加工的标准工艺以单元库和IP库的形式提供给客户，并不断提升和扩展；在管理上要做好服务，要在世界各地和全国各地建立自己的服务站点[4]。
3 集成电路动态
3.1 设计技术
3.1.1 R芯片—可重构芯片设计
随着IC产品的多样化和产品周期的缩短，新型逻辑的IC需要越来越旺盛，一种被称为可重构芯片(Reconfigurable Chip，简称R芯片，也称为变龙芯片)设计技术受到关注。与通用处理器设计不同的是，这种芯片能够根据产品的目的和功能而改变自身逻辑电路。
3.1.2 结构化ASIC方法
ASIC设计中最新的趋势表明，越来越多的公司将在较高成本、基于标准单元的ASIC与高性能、灵活的FPGA之间进行折中。客户会被结构化ASIC方法的更快上市时间和更低流片成本吸引。对于标准ASIC来说，0.13Lm到0.09Lm的流片费用比结构化ASIC高两倍多，上市时间也从18个月缩短到10个月。Fujitsu表示，结构化ASIC将减少50%的芯片开发时间，降低约30%的非经常性工程成本。
3.1.3 适应计算—新的手机芯片设计技术[5]
权重计算方法采用适应计算(Adaptive Computing)技术，软件能有效地刷新芯片的实线电路。相对现在固定不变的常用芯片，不仅能使单个芯片实现通常需要几个芯片才能实现的功能，而且还
能提高芯片速度，节约成本和提高能效。然而，适应计算仍是一个有争议的概念，硅谷一些设计师就对它持有怀疑态度，但英特尔(Intel)对此充满信心，还专门召开了有关适应计算的大会；IBM也对此芯片充满信心，还与德国芯片巨头英飞凌(Infineon)一同联手。
3.1.4 设计中应用更多IP核
ARM是一家站在芯片产业链最顶端的公司，因为它是全球领先的16/32位嵌入式RISC芯片技术方案供应商，其芯片体系已成为全球标准，超过100家著名IT企业正在使用ARM的技术，市场份额超过70%。ARM公司出售的是基于其架构的技术授权和解决方案，是知识产权(IP)。ARM公司2001年两亿多美元的营业额中，50%属于专利授权费用，这是客户采用ARM设计专利时需一次性付出的费用；20%来自专利使用费；14%至17%是销售设计工具所得；剩下的来自设计顾问服务和培训支持服务。
3.2 新产品开发
目前，芯片制造技术上采用更大尺寸的硅晶片(300 mm)；采用铜线互连技术替代铝线技术；进一步缩小芯片内部特征尺寸(采用90 nm甚至65 nm的制造技术)。集成电路中的新技
术、新产品不断涌现。比如，Intel公司发布了集成4亿只晶体管的新款Itanium 2，Xilinx公司以300 mm晶圆90 nm工艺推出了现场可编程门阵列(FPGA)；Actel公司推出了新一代抗辐射FPGA；M-Systems发布了世界上最小的1 GB多级单元闪存；苹果公司推出了全球首款64位台式PC/Power Mac G50；Agere Sys-tems公司发布了业界首款0.25Lm锗硅(SiGe)前置放大器；CreeMicrowave公司推出了A/B级10W碳化硅(SiC)MESFET；英飞凌采用SiGe:C双极技术，成功开发出110 GHz以上的高速分频IC等等。
从2000年美国总统克林顿宣布了国家纳米计划(National Nanotech Initiative)以来，美国政府在纳米技术的研发上已经投入了约20亿美元；欧盟在2002-2006年，投入10亿美元以上，进行纳米技术研究；日本纳米技术预算也从1997年的1.2亿美元提高到2002年的7.5亿美元[6]。
目前，最新的移动处理器采用的是28/32nm制造工艺，这是我们都知道的一件事情，比如已经曝光的三星Cortex-A15架构处理器Exyn5250。不过，28nm肯定不是移动处理器制造工艺的终点，有消息称，三星正准备在新建的工厂内准备20nm甚至14nm的芯片，而高通和NVIDIA也正在和台积电商量它们的下一代移动处理器。
同ARM阵营相比，Intel在芯片制造工艺上无疑要领先许多：现在已经达到了22nm工艺，不过目前只是针对桌面电脑以及笔记本电脑处理器。不过，在新召开的一个工业大会上，英特尔宣布，计划将22nm工艺引入到即将问世的智能手机以及平板电脑芯片中。
4 集成电路的发展趋势
集成电路已进入超深亚微米时代，体硅CMOS的批量生产已采用90 nm工艺、300 mm晶圆；65nm工艺也即将量产化；集成电路的发展仍以继续追求高频、高速、高集成度、多功能、低功耗为目标。
4.1 器件的特征尺寸继续缩小
从纵向看，在新技术的推动下，集成电路自发明以来四十年间，集成电路芯片的集成度每三年提高4倍，而加工特征尺寸缩小2倍。这就是由Intel公司创始人之一的Gordon E. Moore博士1965年总结的规律，被称为摩尔定律。基于市场竞争，不断提高产品的性能/价格比是IC技术发展的动力，缩小特征尺寸，从而提高集成度，是提高产品性能/价格比最有效的手段之一。
据国际半导体技术发展路线图(ITRS，2002年修订)[7]，预计到2016年，将生产出特征尺寸为22nm的CMOS电路，实际栅长为9 nm的MPU和RAM。集成电路正在接近其物理极限，同时，受工艺加工极限和经济承受力的制约，到底什么尺度是其极限呢？目前仍无定论，其微细化的方向仍有很大发展空间，集成电路技术仍然遵从摩尔定律快速发展。
随着IC设计与工艺技术水平的不断提高，IC规模越来越大，复杂程度越来越高。目前，已经可以在一个芯片上集成108~109个晶体管，而且随着集成电路制造技术的发展，21世纪的集成电路技术将从目前的3G(G=109)时代逐步发展到3T(T=1012)时代，即存储容量由G位发展到T位、集成电路的速度由GHz发展到THz，数据传输速率由Gb-ps发展到Tbps(bits per second)。IC技术是近50年来发展最快的技术，设计规则从1959年以来缩小了140倍，而平均晶体管价格降低了107倍。如果小汽车也按此速度降价，那么现在小汽车的价格不到1美分。给皂器
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