集成电路技术十年发展报告【精编版】

集成电路技术十年发展报告【精编版】

集成电路技术十年发展2012-11-27 17:06:17

清华大学教授、微电子学研究所所长魏少军

一、总体情况

集成电路产业是关系国民经济和社会发展全局的基础性、先导性和战略性产业，是电子信息产业的核心，是关系到国家经济社会安全、国防建设极其重要的基础产业。集成电路产业的竞争力已经成为衡量国家间经济和信息产业可持续发展水平的重要标志，是世界各先进技术国抢占经济科技制高点、提升综合国力的重要领域。

新世纪以来，我国的集成电路科技与产业在国务院国发2000（18号）文件和各级地方政府的持续支持下，获得了长足进步，取得了一系列重要成果：

（一）集成电路产业链格局日渐完善

中国集成电路产业结构逐步由小而全的综合制造模式逐步走向设计、制造、封装测试三业并举，各自相对独立发展的格局。目前，中国集成电路产业已经形成了集成电路设计、芯片制造、封装测试及支撑配套业共同发展的较为完善的产业链格局。

（二）集成电路设计产业群聚效应日益凸现

以上海为中心的长江三角洲地区、以北京为中心的环渤海地区以及以深圳为中心的珠江三角洲地区已经成为国内集成电路产业集中分布的区域。全国集成电路设计、制造和封装产业90%以上的销售收入集中于以上三个地区。其中，包括上海、江苏和浙江的长江三角洲地区是国内最主要的集成电路制造基地，在国内集成电路产业中占有重要地位

（三）集成电路设计技术水平显著提高

国内集成电路设计企业的技术开发实力也有显著的提高，已经取得多项掌握核心技术的研发成果。2000年以来，“申威”高性能CPU、“龙芯”和“众志”桌面计算机用CPU、苏州国芯C*Core和杭州中天CK-Core嵌入式CPUIP核、智能卡集成电路芯片、第二代居民身份证专用芯片、自主高清电视（HDTV）标准和自主音视频标准AVS芯片、华为网络通讯交换装备核心系统芯片、大唐电信COMIPTM和展讯移动通信终端SoC、超大规模集成电路制造工艺、智能卡芯片专用工艺及高压特色工艺等技术和产品都取得了重要成果，大部分成果取得了产品化和产业化的重大进展，并获得国家科技进步奖励。

（四）人才培养和引进开始显现成果

集成电路是知识密集型的高技术产业，其持续、快速、健康的发展需要大量高水平的人才。但是，人才匮乏，人员流失严重却一直是困扰我国集成电路科技和产业发展的主要问题之一。为扭转这一局面，加大集成电路专业人才的培养力度，2003年国务院科教领导小组批准实施国家科技重大专项——集成电路与软件重大专项，并实施了“国家集成电路人才培养基地”计划。随后教育部、科技部批准建设国家集成电路人才培养基地。

二、集成电路设计

集成电路设计业是包括中国在内的全球整个集成电路产业中最为活跃的部分。集成电路设计企业在新兴产品的开发上扮演着关键作用。在中央处理器（CPU）、数字信号处理器（DSP）、半导体存储器、可编程逻辑阵列（FPGA）、专用集成电路（ASIC）和系统芯片（SoC）等主流产品领域，都可以发现集成电路设计企业的身影。在过去的十年间，我国集成电路设计业在

CPU、智能卡专用芯片、3G通信芯片、数字电视芯片、第二代居民身份证芯片等领域取得了令人瞩目的成果。

（一）自主知识产权CPU

CPU被誉为电子信息产品的心脏，是集成电路产品的制高点。十年间，我国在超级计算机用高性能CPU、桌面计算机/服务器CPU和嵌入式CPU领域取得了一系列重要突破，部分产品达到国际领先水平，极大地提高了我国在CPU 领域的科技水平和支撑电子信息产业发展的能力。

在超级计算机用高性能CPU领域，我国实现了从无到有的重大历史跨越。经过十余年不懈努力，掌握了高性能CPU体系架构设计的核心技术，突破了微结构设计、Cache设计、核间通信、总线设计、存储器接口设计、低功耗设计、可靠性及安全性设计等关键技术，达到了国际领先水平。

上海高性能集成电路设计中心在科学技术部和上海市的大力支持下于2003年8月创建，主要从事自主知识产权的国产高性能CPU开发并推进技术成果产业化。该中心积极响应国家“自主可控、自主创新”的总体战略要求，坚持“全定制自主设计、全流程可控生产”的技术路线，积极承担国家重大科研攻关项目，不断提升科研创新能力、突破高性能CPU研制关键技术，瞄准高性能计算和信息安全应用需求，立足国内条件，深度研发国产高性能CPU。目前，该中心已完成两代“申威”系列高性能CPU研制，同时建立了完整的高端处理器研发技术体系，具备了从架构研究、逻辑设计到物理实现全过程的自主研发能力。

2006年，该中心在国家863计划超大规模集成电路设计专项“国产高性能SOC芯片”课题支持下，成功研制出第一代国产64位通用处理器——“申威

1”。该处理器为RISC结构，采用0.13微米CMOS代工工艺，集成近5700万只晶体管，峰值运算速度达到每秒50亿次浮点运算。具有高性能、高可靠、高频率等特点，是我国第一款从结构设计、电路设计、版图设计、正确性验证到流片生产和测试完全在国内完成的高性能通用CPU，成功实现了高频率、大尺寸、全定制芯片的全自主设计和全国内生产，创造了当时单核最高工作频率和最高运算速度的全国纪录，获当年集成电路领域唯一一个“Aa”级评价。

2010年，该中心在国家“核高基”科技重大专项“高性能多核CPU研发与应用”课题支持下，成功研制出第二代具有自主知识产权的国产16核处理器——“申威1600”。该处理器采用自主指令集，65纳米代工工艺，最高核心工作频率达1.1GHz，峰值运算速度达每秒1408亿次双精度浮点结果，是我国第一款自主研制的64位通用多核处理器，也是世界上首款投入实用的16核处理器，在

多项核心关键技术上有重大创新和突破，整体技术居国内领先、达到国际先进水平。

2012年初，该中心成功完成“申威1600”改进型——“申威1610”处理器研制。该处理器已通过测试和系统验证。“申威1610”是我国目前唯一一款自主设计的频率突破1.5GHz的高端通用多核处理器。该芯片采用多项新技术提高频率、提升性能、增强功能、降低功耗。测试结果表明，该处理器核心工作频率能稳定超过1.5GHz，最高达到1.6GHz，最高峰值运算速度为每秒2048亿次浮点运算，运行功耗在50W以内，能效比提升近一倍，在计算能力、磁盘访问、网络处理等方面已达到了国际主流处理器的同等水平。

上述两代“申威”处理器已在国家相关领域的关键项目中成功应用85000片以上。其中，“申威1”处理器于2008年实现批量生产并全部应用于国产百万亿次计算机系统；“申威1600”处理器于2010年开始批量生产并于2011年应用于科技部超级计算（济南）中心“神威蓝光”高性能计算机系统中。该系统全部采用“申威1600”处理器，仅用8704颗处理器芯片即达到每秒千万亿次峰值性能，是国内迄今为止唯一一台全部采用国产处理器实现速度超过千万亿次的高性能超级计算机。“申威1600”在高性能计算领域的成功应用，使我国成为