现代电子信息技术的现况及发展趋势PPT课件

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集成电路阶段
我国集成电路产业起步于20世纪60年代,80年代中期我国集成 电路的加工水平为5微米,其后,经历了3、1、0.8、0.5、0.35微米 的发展,目前达到了0.18微米的水平,而当前国际水平为0.09微米 (90纳米),我国与之相差约为2-3代。
2001年全国集成电路产量为64亿块,销售额200亿元人民币。 2002年6月,共有半导体企事业单位651家,其中芯片制造厂46家,封装、 测试厂108家,设计公司367家,分立器件厂商130家,从业人员11.5万人。 设计能力0.18~0.25微米、700万门,制造工艺为8英寸、0.18~0.25微 米,主流产品为0.35~0.8微米。
电子技术是十九世纪末、二十世纪初开始发展起 来的新兴技术,二十世纪发展最迅速,应用最广泛, 成为近代科学技术发展的一个重要标志。进入21世纪 ,人们面临的是以微电子技术(半导体和集成电路为 代表)电子计算机和因特网为标志的信息社会。高科 技的广泛应用使社会生产力和经济获得了空前的发展 。现代电子技术在国防、科学、工业、医学、通讯( 信息处理、传输和交流)及文化生活等各个领域中都 起着巨大的作用。现在的世界,电子技术无处不在, 人们现在生活在电子世界中,一天也离不开它。
集成电路阶段
集成电路制造技术的发展日新月异,其中最具有代表性 的集成电路芯片主要包括以下几类,它们构成了现代数字系 统的基石。
微控制芯片(MCU) 可编程逻辑器件(PLD)
数字信号处理器(DSP)
大规模存储芯片(RAM/ROM)
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集成电路阶段
以集成电路为核心的电子信息产业超过了以汽车、石油、 钢铁为代表的传统工业成为第一大产业,已经成为改造和拉动 传统产业迈向数字时代的强大引擎和雄厚基石。
与国外的主要差距:一是规模小,2000年,国内生产的芯片销售额 仅占世界市场总额的1.5%,占国内市场的20%;二是档次低,主流 产品加工技术比国外落后两代;三是创新开发能力弱,设计、工艺、 设备、材料、应用、市场的开发能力均不十分理想,其结果是今天 受制于人,明天后劲乏力;四是人才欠缺。
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向下”的设计方法,对整个系统进行方案设计和功能划分,系统的关键电
路用一片或几片专用集成电路(ASIC)实现,然后采用硬件描述语言
(HDL)完成系统行为级设计,最后通过综合器和适配器生成最终的目标
Hale Waihona Puke 器件。.20
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EDA技术
集成电路发展目前仍以摩尔定律所揭示的规律向前发 展,晶圆的面积也在不断地加大,以软/硬件协同设计、 具有知识产权的内核(IP核)复用和超深亚微米技术为支 撑的系统芯片(System on Chip-SOC)是超大规模集成电路 发展的趋势和新世纪集成电路的主流。
3A是指工厂自动化(Factory Automation)、办公自动化 (Office Automation)和家庭自动化(Home Automation)。
“3D” 是指数字传输(Digital Transmission)、数字交换(Digital Switching)、数字处理(Digital Processing)三种数字技术。
在各芯片厂商都以面积最小化、功能最大化作为发展方向的趋 势中,将整个电子系统全部集成到一块单芯片之中的SOC越来越呈 现出重要性。集微处理器、快闪存储器和数字信号处理器为一体的 计算机芯片。这种高度集成的芯片将对手持计算机、移动电话和其 他移动设备的改进产生巨大影响。
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集成度 (元件数)
100 1000 >1000 10000
>100000
1985年,1兆位ULSI的集成度达到200万个元件, 器件条宽仅为1微米;1992年,16兆位的芯片集成度达 到了3200万个元件,条宽减到0.5微米,而后的64兆位 芯片,其条宽仅为0.3微米。
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物理学前沿讲座
现代电子信息技术的现状及发展趋势
辛云宏
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当前社会是信息社会,信息技术目前还没有一 个十分统一的定义。
一般认为,信息技术就是获取、处理、传递、储存、使 用信息的技术。
从广义上讲,凡是与上述诸方面相关的技术都可以叫做 信息技术,通常可分为四类,即感测技术、通信技术、计算 机技术和控制技术。
目前,发达国家国民经济总产值增长部分的65%与集成电 路相关, 美国国防预算中的电子含量已占据了半壁江山。预计 未来10年内,世界集成电路销售额将以年平均15%的速度增长, 2010年将达到6000~8000亿美元。
作为当今世界经济竞争的焦点,拥有自主知识产权的集成 电路已日益成为经济发展的命脉、社会进步的基础、国际竞争 的筹码和国家安全的保障。
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集成电路阶段
集成电路的集成度和产品性能每18个月增加一倍。据专家 预测,今后20年左右,集成电路技术及其产品仍将遵循这一规律 发展。
集成电路最重要的生产过程包括: 开发EDA(电子设计自动化)工具 利用EDA进行集成电路设计 根据设计结果在硅圆片上加工芯片(主要流程为薄膜制造、 曝光和刻蚀) 对加工完毕的芯片进行测试 为芯片进行封装 最后经应用开发将其装备到整机系统上与最终消费者见 面。
专家的意见和政府的策略
专家的共识:中国科学院、中国工程院专门成立了包括师昌 绪、王淀佐、王越、王阳元等10位院士组成的专家咨询组。 在大量调查研究的基础上,专家们建议,我国在“十五”期 间要像当年搞“两弹一星”一样,集中国家有限的人力和财 力,开发有自主知识产权的新一代微电子核心工艺技术及产 品。 政府的策略:《中共中央国务院关于加强技术创新,发展高 科技,实现产业化的决定》指出:“突出高新技术产业领域 的自主创新,培育新的经济增长点,在电子信息特别是集成 电路设计与制造、网络及通信、计算机及软件、数字化电子 产品等方面,……加强高新技术创新,形成一批拥有自主知 识产权、具有竞争优势的高新技术产业”。
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1947年12月23日
第一个晶体管
NPN Ge晶体管
W. Schokley J. Bardeen W. Brattain
获得1956年 Nobel物理奖
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获得2000年Nobel物理奖
1958年第一块集成电路:TI公司的Kilby,12个器件,Ge晶片
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电路(IC)的设计思想是 IICC设规计模与越不制来同造越的技大术,,水已它平 可是的以提在微高一电,个子技 芯片上集术成1领08域~10的9个一晶场体管革命。
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系统芯片
System On A Chip (简称SOC)
将整个系统集成在
一个微电子芯片上 18
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集成电路阶段
美国芯片微细加工技术目前正在从亚微米向纳米技术过渡, 2002年3月,Intel公司宣布其已采用0.09微米工艺生产出面积仅为1 平方微米的SRAM。
超紫外光刻技术(EUV)被视为是保证摩尔定律今后依旧适用 的法宝。EUV技术可使半导体制造商在芯片上蚀刻电路线的等级达 到0.03微米。比现有制造技术所产生的芯片性能提高100倍,存储容 量也可以达到目前的100倍以上。由Intel、IBM、摩托罗拉等公司 所组成的企业联盟与美国三个国家实验室,一直致力EUV的研发, 投入开发经费已逾2.5亿美元。
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电子技术 的应用
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基本器件的两个发展阶段
分立元件阶段(1905~1959)
真空电子管、半导体晶体管
集成电路阶段(1959~)
SSI、MSI、LSI、VLSI、ULSI
主要阶段概述
第一代电子 产品以电子管为核心。四十年代末世界上诞生了第一只半 导体三极管,它以小巧、轻便、省电、寿 命长等特点,很快地被各国应用 起来,在很大范围内取代了电子管。五十年代末期,世界上出现了第一块 集成电路,它把许多晶体管等电子元件集成在一块硅芯片上,使电子产品 向更小型化发展。集成电路从小规模集成电路迅速发展到大规模集成电路 和超大规模集成电路,从而使电子产品向着高效能低消耗、高精度、高稳 定、智能化的方向发展。
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分立元件阶段
电子管时代(1905~1948)
为现代技术采取了决定性步骤
主要大事记
1905年 爱因斯坦阐述相对论——E=mc2
真空电子管
1906年 亚历山德森研制成高频交流发电机
德福雷斯特在弗菜明二极管上加栅极,制威第一只三极管
1912年 阿诺德和兰米尔研制出高真空电子管
1917年 坎贝尔研制成滤波器
英国采用EDSAG计算机,这是最早的一种存储程序数字计算机 1949年 诺伊曼提出自动传输机的概念 1950年 麻省理工学院的福雷斯特研制成磁心存储器 1952年 美国爆炸第一颗氢弹 1954年 贝尔实验室研制太阳能电池和单晶硅 1957年 苏联发射第一颗人造地球卫星 1958年 美国得克萨斯仪器公司和仙童公司宣布研制成第一个集成电路
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集成电路阶段
自1958年第一块集成 时 期 元件问世以来,集成电路 已经跨越了小、中、大、 50年代末 超大、特大、巨大规模几 60年代 个台阶,集成度平均每2年 70年代 提高近3倍。随着集成度的 70年代末 提高,器件尺寸不断减小。 80年代
规模
小规模集成电路(SSI) 中规模集成电路(MSI) 大规模集成电路(LSI) 超大规模集成电路(VLSI) 特大规模集成电路(ULSI)
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信息技术的基本结构大致可概括为: 计算机技术领域是核心; 电子技术是信息技术的关键支撑技术,其中包括 微电子技术、光电子技术; 信息材料技术是基础信息技术,其中包括电子备 料以及光学材料技术; 通信技术是信息技术的重要的直接组成部分。
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1.电子技术
所谓感测技术,是指对信息的传感、采集技术; 通信技术是传递信息的技术; 计算机技术是处理、存储信息的技术; 控制技术则是使用与反馈信息的技术。
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信息技术的应用性很强,因此又常被称作“3C”技术、 “3A”技术等等,此外还有“3D”之说。
3C是指通信(Communication)、计算机(Computer)、控制 (Control)三种技术,它们的英文名称的第一个字母都是“C”, 所以简称3C技术。
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集成电路走向系统芯片
IC的速度很高、功耗很小,但由于 PCB板中的连线延时、噪声、可靠 性以及重量等因素的限制,已无法 满足性能日益提高的整机系统的要求
将敏感器、执行器与信息 处理系统集成在一起,从 而完成信息获取、处理、 存储和执行的系统功能。

集成

电路

件 系统芯片(SOICC)与集成
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EDA技术
电子设计技术的核心就是EDA技术。EDA 是指以计算机为工作平台,融合应用电子技术、 计算机技术、智能化技术最新成果而研制成的 电子CAD通用软件包,主要能辅助进行三方面 的设计工作,即IC设计、电子电路设计和PCB 设计。
EDA技术发展的三个阶段:
ARM开发板
计算机辅助设计(CAD)阶段( 70年代):用计算机辅助进行IC版图编辑、 PCB布局布线,取代了手工操作。
1922年 弗里斯研制成第一台超外差无线电收音机
1934年 劳伦斯研制成回旋加速器
1940年 帕全森和洛弗尔研制成电子模拟计算机
1947年 肖克莱、巴丁和布拉顿发明晶体管;香农奠定信息论的基础
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分立元件阶段
晶体管时代(1948~1959)
宇宙空间的探索即将开始
主要大事记
1947年 贝尔实验室的巴丁、布拉顿和肖克莱研制成第一个点接触型晶体管 1948年 贝尔实验室的香农发表信息论的论文
计算机辅助工程(CAE)阶段( 80年代):与CAD相比,CAE除了有纯粹 的图形绘制功能外,又增加了电路功能设计和结构设计,并且通过电气 连接网络表将两者结合在一起,实现了工程设计。CAE的主要功能是: 原理图输入,逻辑仿真,电路分析,自动布局布线,PCB后分析。
电子系统设计自动化(ESDA)阶段( 90年代以后):设计人员按照“自顶
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