2_集成电路发展史
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
36
i486 i386 80286 8086
10
Source: Intel
1 1975 1980 1985 1990 1995 2000 2005 2010
2.2 微处理器的发展
酷睿（core）系列微处理器
30
2005年至今，Intel公司 目前工艺可达22nm，采用领先节能的新型微架构，设计的出发点是
提供卓然出众的性能和能效，提升能效比。
在2012年4月24日下午北京天文馆，intel正式发布了ivy bridge（IVB）
处理器，cpu的制作采用3D晶体管技术，CPU耗电量会减少一半。
逻辑电路与存储器:特征尺寸
35
Copyright reserved，vision 5.0
2.3 摩尔定律
K 1,000,000
单片门数↑
1 Billion Transistors
Pentium® III Pentium® II Pentium® Pro Pentium®
100,000
10,000 1,000 100
2.1 集成电路的发明
电子管的发明(续)
李德 福瑞斯特
5
1906年，美国科学家Lee de Forest 给电子管加一个电极（称为栅极），
从而使电子管具有了放大的能力，
可以视作为晶体管的前身。
Copyright reserved，vision 5.0
2.1 集成电路的发明
第一台计算机
机械计算装置 英国剑桥大学教授
19
XT个人电脑中，标志着PC时代的 到来
8086
8087
Copyright reserved，vision 5.0
2.2 集成电路的发明 80286:PC市场由此打开
基于80286 的PC AT个 人电脑
20
1982年，Intel公司。6年内销售了1500万台286PC 14.3万只晶体管，主频6→20MHz，支持硬盘和VGA显示
Xenon:面向商务用户
26
1998年，Intel公司
面向中高端企业级服务器、工作站市场，运行商业软件、因特网服务、
公司数据储存、数据归类、数据库、电子，机械的自动化设计等
Copyright reserved，vision 5.0
2.2 微处理器的发展
Celeron:面向经济型用户
27
1999年，Intel公司 通过取消或减少二级缓存来降低成本，以夺取夺取低端市场的份额
Copyright reserved，vision 5.0
2.2 微处理器的发展
Pentium II:多媒体浮出海面
25
1997年，Intel公司 750万只晶体管 可更快更流畅地播放影音
图像等多媒体数据
Copyright reserved，vision 5.0
2.2 微处理器的发展
2.1 集成电路的发明
第一只晶体管:发明者
10
约翰· 巴丁
威廉· 肖克利
沃尔特· 布拉顿
第一只晶体管是在1947年由美国AT&T Bell实验室的John Bardeen、William Shockley和 Walter Brattain三位发明的，他们共同获得1956年的诺贝尔物理奖。
Copyright reserved，vision 5.0
17
运算能力比4004强2倍。
1974年，Intel公司 性能是4004的2倍
Copyright reserved，vision 5.0
2.2 微处理器的发展
8080:进入个人电脑的前奏曲
16位地址总线和8位数据总线，包含7个 8位寄存器，支持16位内存
18
基于8080芯片的计算机Processor Technology Sol-20
2.2 微处理器的发展
Pentium 4:空前强大
29
2000年至2005年，Intel公司 4200万～5500万个晶体管，0.18～0.13um工艺，主频
2.5GHz~4GHz
目前空前强大的个人电脑处理器产品，仍然在继续销售中
Copyright reserved，vision 5.0
80286
数据总线为16位，地址总线24位，可寻址 16MB内存 Copyright reserved，vision 5.0
2.2 微处理器的发展 80386:进入32位元时代
21
1985年，Intel公司 27.5万只晶体管，主频12.5→32MHz，支持多任务功能 数据总线与地址总线均为32位，可寻址4GB存储器
集成电路设计系列
第2章 集成电路发展史
本章概要
2.1 集成电路的发明
2.2 微处理器的发展
2.3 摩尔定律
2
2.4 今天的IC
Copyright reserved，vision 5.0
2.1 集成电路的发明
整流和检波的发明
1874年，德国科学家Ferdinand Braun发现在一定的条件下，晶体 能够单向传导电流，并将这种现象 称为“整流（rectification）。
2.1 集成电路的发明
第一只晶体管:商用化
第一只可用的商用晶体管，型号为 RAYTHEON CK703，1948年完成
雷神
11
第一只成功的商用晶体管，型号为 RAYTHEON CK722，锗pnp小功率 晶体管，1953年完成
Copyright reserved，vision 5.0
2.1 集成电路的发明
2.1 集成电路的发明
早期的集成电路
Motorola公司于1966年开
发的3输入ECL逻辑门
6个晶体管 7个端口（ V1、V2、V3
是输入端，Vo1、Vo2是
13
输出端，Vcc、Vbb是电 源端）
Copyright reserved，vision 5.0
Biblioteka Baidu
2.1 集成电路的发明
Intel公司诞生
Gorden Moore
32
1965年 Fairchild公司的电子工程师
Copyright reserved，vision 5.0 2005年 Intel公司的名誉主席
2.3 摩尔定律
Moore’s Law
摩尔定律
摩尔1965年预测说半导体芯片上集成的晶体管和电阻数量将每年翻一番 1975年又提出修正说，芯片上集成的晶体管数量将每两年翻一番
Moore预测曲线的原始手稿 引自Electronics, April 19, 1965.
Copyright reserved，vision 5.0
2.3 摩尔定律
逻辑电路与存储器
34
逻辑IC的集成规模
存储器的单片容量和特征尺寸
Copyright reserved，vision 5.0
2.3 摩尔定律
费迪南 布劳恩
1895年，意大利人Gugielmo Marconi
3
发明了利用电波传输信号的新技术， 成为无线通信的开端。晶体探测器首 次被用于无线电接收机中，用于从载 波中提取有用信号，称之为“检波”。
马可尼
Copyright reserved，vision 5.0
2.1 集成电路的发明
电子管的发明
第一块集成电路
12
杰克· 基尔比
第一块集成电路，1958年，美国TI公司的Jack Kilby发明，为一个集成振
荡器，只有4个晶体管。他也因此获得诺贝尔奖
第一块双极型逻辑集成电路，1962年，TTL电路（之后发明了ECL电路），
美国仙童公司
Copyright reserved，vision 5.0
Copyright reserved，vision 5.0
2.2 微处理器的发展
Pentium III:决战服务器市场
28
1999年，Intel公司 引入了70条新指令，主要用于因特网流媒体扩展(提升网络演示多媒体
流、图像的性能)、3D、流式音频、视频和语音识别功能的提升
Copyright reserved，vision 5.0
Copyright reserved，vision 5.0
2.2 微处理器的发展
8086:X86王朝的开始
1978年，Intel公司 标志着x86王朝的开始 2.9万只晶体管 时钟频率4.77MHz 内部与外部数据总线均为16位，地
址总线为20位，可寻址1MB内存
8086的简化版8088被用于IBM PC
Copyright reserved，vision 5.0
2.2 微处理器的发展
集成电路园片(Wafer)
Chip（芯片） Wafer（晶圆）
Intel Pentium 4
31
Intel Xeon™
Intel Itanium Copyright reserved，vision 5.0
2.3 摩尔定律
第一台电子计算机(续)
8
那时的“程序设计”，需要拔N多的插头。但可完成平方、立方、正弦、余弦等 复杂运算，每秒可作5000次加法，而人脑只能算5次
Copyright reserved，vision 5.0
2.1 集成电路的发明
第一只晶体管:实物照片
9
Copyright reserved，vision 5.0
16 15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0
33
LOG2 OF THE NUMBER OF COMPONENTS PER INTEGRATED FUNCTION
1959 1960 1961 1962 1963 1964 1965 1966 1967 1968 1969 1970 1971 1972 1973 1974 1975
查尔斯· 巴贝奇
Charles Babbage于1932 年设想，1934年开发
被称为差动引擎
（Difference Engines）
采用十进制
6
可完成加、减、乘、除 有25000个机械部件，总
成本17470英镑
Copyright reserved，vision 5.0
2.1 集成电路的发明
第一台电子计算机
1946年美国宾州大
学开发，美国军方 48万美元资助
命名为ENIAC，用
于求解大炮弹道发 射非线性方程
100英尺长、8.5英
7
尺高、3英尺宽， 重30吨
含有18800个真空
管，功耗140kW
Copyright reserved，vision 5.0
2.1 集成电路的发明
Intel：Integrated
Electronics
14
创立者：摩尔、诺
宜斯、葛洛夫，均 来自仙童公司
Copyright reserved，vision 5.0
2.1 集成电路的发明
MOS器件及电路
1925年加拿大人J.Lilienfeld（加拿大人）提出IGFET的概念，
1935年英格兰人Q.Heil也独立提出这一原理
2.2 微处理器的发展8004:第一个微处理器问世
Intel 4004 1971年，美国Intel公司 用NMOS实现 2300个晶体管，主频1MHz 全定制手工设计
16
Copyright reserved，vision 5.0
2.2 微处理器的发展
8008：序号与性能同时加倍
1904年，英国科学家John Ambrose Fleming，发明了第一只电子管，被称为 “Fleming Valve”。
4
弗莱明
这只电子管只有阴极和阳极两个电极。他通过研究
Edison Effect，将一个有用信号调制到从阴极到阳极的 直流电流之上。
Copyright reserved，vision 5.0
2.2 微处理器的发展 Pentium:新命名新世代
23
1993年，Intel公司
310万只晶体管，主频
60→200MHz
内置MMX（多媒体指令集）
Copyright reserved，vision 5.0
2.2 微处理器的发展
Pentium Pro:为服务器而设计
24
1995年，Intel公司 550万只晶体管 整合了高速二级缓存芯片
1970‘s解决了MOS器件稳定性及工艺复杂性之后，MOS数字集
成电路开始成功应用
最早提出的MOS IC是CMOS的，但第一个实用的MOS IC却是
15
PMOS的，目前普遍应用的MOS IC又是CMOS的
MOS在功耗、集成度、工艺的规范及简单程度方面比双极有更大
的优势
Copyright reserved，vision 5.0
Copyright reserved，vision 5.0
2.2 微处理器的发展80486:X86系列颠峰之作
1989年，Intel公司
22
125万只晶体管，主频25→100MHz 协处理器内置，支持RISC技术 比80386快4倍多
Copyright reserved，vision 5.0
i486 i386 80286 8086
10
Source: Intel
1 1975 1980 1985 1990 1995 2000 2005 2010
2.2 微处理器的发展
酷睿（core）系列微处理器
30
2005年至今，Intel公司 目前工艺可达22nm，采用领先节能的新型微架构，设计的出发点是
提供卓然出众的性能和能效，提升能效比。
在2012年4月24日下午北京天文馆，intel正式发布了ivy bridge（IVB）
处理器，cpu的制作采用3D晶体管技术，CPU耗电量会减少一半。
逻辑电路与存储器:特征尺寸
35
Copyright reserved，vision 5.0
2.3 摩尔定律
K 1,000,000
单片门数↑
1 Billion Transistors
Pentium® III Pentium® II Pentium® Pro Pentium®
100,000
10,000 1,000 100
2.1 集成电路的发明
电子管的发明(续)
李德 福瑞斯特
5
1906年，美国科学家Lee de Forest 给电子管加一个电极（称为栅极），
从而使电子管具有了放大的能力，
可以视作为晶体管的前身。
Copyright reserved，vision 5.0
2.1 集成电路的发明
第一台计算机
机械计算装置 英国剑桥大学教授
19
XT个人电脑中，标志着PC时代的 到来
8086
8087
Copyright reserved，vision 5.0
2.2 集成电路的发明 80286:PC市场由此打开
基于80286 的PC AT个 人电脑
20
1982年，Intel公司。6年内销售了1500万台286PC 14.3万只晶体管，主频6→20MHz，支持硬盘和VGA显示
Xenon:面向商务用户
26
1998年，Intel公司
面向中高端企业级服务器、工作站市场，运行商业软件、因特网服务、
公司数据储存、数据归类、数据库、电子，机械的自动化设计等
Copyright reserved，vision 5.0
2.2 微处理器的发展
Celeron:面向经济型用户
27
1999年，Intel公司 通过取消或减少二级缓存来降低成本，以夺取夺取低端市场的份额
Copyright reserved，vision 5.0
2.2 微处理器的发展
Pentium II:多媒体浮出海面
25
1997年，Intel公司 750万只晶体管 可更快更流畅地播放影音
图像等多媒体数据
Copyright reserved，vision 5.0
2.2 微处理器的发展
2.1 集成电路的发明
第一只晶体管:发明者
10
约翰· 巴丁
威廉· 肖克利
沃尔特· 布拉顿
第一只晶体管是在1947年由美国AT&T Bell实验室的John Bardeen、William Shockley和 Walter Brattain三位发明的，他们共同获得1956年的诺贝尔物理奖。
Copyright reserved，vision 5.0
17
运算能力比4004强2倍。
1974年，Intel公司 性能是4004的2倍
Copyright reserved，vision 5.0
2.2 微处理器的发展
8080:进入个人电脑的前奏曲
16位地址总线和8位数据总线，包含7个 8位寄存器，支持16位内存
18
基于8080芯片的计算机Processor Technology Sol-20
2.2 微处理器的发展
Pentium 4:空前强大
29
2000年至2005年，Intel公司 4200万～5500万个晶体管，0.18～0.13um工艺，主频
2.5GHz~4GHz
目前空前强大的个人电脑处理器产品，仍然在继续销售中
Copyright reserved，vision 5.0
80286
数据总线为16位，地址总线24位，可寻址 16MB内存 Copyright reserved，vision 5.0
2.2 微处理器的发展 80386:进入32位元时代
21
1985年，Intel公司 27.5万只晶体管，主频12.5→32MHz，支持多任务功能 数据总线与地址总线均为32位，可寻址4GB存储器
集成电路设计系列
第2章 集成电路发展史
本章概要
2.1 集成电路的发明
2.2 微处理器的发展
2.3 摩尔定律
2
2.4 今天的IC
Copyright reserved，vision 5.0
2.1 集成电路的发明
整流和检波的发明
1874年，德国科学家Ferdinand Braun发现在一定的条件下，晶体 能够单向传导电流，并将这种现象 称为“整流（rectification）。
2.1 集成电路的发明
第一只晶体管:商用化
第一只可用的商用晶体管，型号为 RAYTHEON CK703，1948年完成
雷神
11
第一只成功的商用晶体管，型号为 RAYTHEON CK722，锗pnp小功率 晶体管，1953年完成
Copyright reserved，vision 5.0
2.1 集成电路的发明
2.1 集成电路的发明
早期的集成电路
Motorola公司于1966年开
发的3输入ECL逻辑门
6个晶体管 7个端口（ V1、V2、V3
是输入端，Vo1、Vo2是
13
输出端，Vcc、Vbb是电 源端）
Copyright reserved，vision 5.0
Biblioteka Baidu
2.1 集成电路的发明
Intel公司诞生
Gorden Moore
32
1965年 Fairchild公司的电子工程师
Copyright reserved，vision 5.0 2005年 Intel公司的名誉主席
2.3 摩尔定律
Moore’s Law
摩尔定律
摩尔1965年预测说半导体芯片上集成的晶体管和电阻数量将每年翻一番 1975年又提出修正说，芯片上集成的晶体管数量将每两年翻一番
Moore预测曲线的原始手稿 引自Electronics, April 19, 1965.
Copyright reserved，vision 5.0
2.3 摩尔定律
逻辑电路与存储器
34
逻辑IC的集成规模
存储器的单片容量和特征尺寸
Copyright reserved，vision 5.0
2.3 摩尔定律
费迪南 布劳恩
1895年，意大利人Gugielmo Marconi
3
发明了利用电波传输信号的新技术， 成为无线通信的开端。晶体探测器首 次被用于无线电接收机中，用于从载 波中提取有用信号，称之为“检波”。
马可尼
Copyright reserved，vision 5.0
2.1 集成电路的发明
电子管的发明
第一块集成电路
12
杰克· 基尔比
第一块集成电路，1958年，美国TI公司的Jack Kilby发明，为一个集成振
荡器，只有4个晶体管。他也因此获得诺贝尔奖
第一块双极型逻辑集成电路，1962年，TTL电路（之后发明了ECL电路），
美国仙童公司
Copyright reserved，vision 5.0
Copyright reserved，vision 5.0
2.2 微处理器的发展
Pentium III:决战服务器市场
28
1999年，Intel公司 引入了70条新指令，主要用于因特网流媒体扩展(提升网络演示多媒体
流、图像的性能)、3D、流式音频、视频和语音识别功能的提升
Copyright reserved，vision 5.0
Copyright reserved，vision 5.0
2.2 微处理器的发展
8086:X86王朝的开始
1978年，Intel公司 标志着x86王朝的开始 2.9万只晶体管 时钟频率4.77MHz 内部与外部数据总线均为16位，地
址总线为20位，可寻址1MB内存
8086的简化版8088被用于IBM PC
Copyright reserved，vision 5.0
2.2 微处理器的发展
集成电路园片(Wafer)
Chip（芯片） Wafer（晶圆）
Intel Pentium 4
31
Intel Xeon™
Intel Itanium Copyright reserved，vision 5.0
2.3 摩尔定律
第一台电子计算机(续)
8
那时的“程序设计”，需要拔N多的插头。但可完成平方、立方、正弦、余弦等 复杂运算，每秒可作5000次加法，而人脑只能算5次
Copyright reserved，vision 5.0
2.1 集成电路的发明
第一只晶体管:实物照片
9
Copyright reserved，vision 5.0
16 15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0
33
LOG2 OF THE NUMBER OF COMPONENTS PER INTEGRATED FUNCTION
1959 1960 1961 1962 1963 1964 1965 1966 1967 1968 1969 1970 1971 1972 1973 1974 1975
查尔斯· 巴贝奇
Charles Babbage于1932 年设想，1934年开发
被称为差动引擎
（Difference Engines）
采用十进制
6
可完成加、减、乘、除 有25000个机械部件，总
成本17470英镑
Copyright reserved，vision 5.0
2.1 集成电路的发明
第一台电子计算机
1946年美国宾州大
学开发，美国军方 48万美元资助
命名为ENIAC，用
于求解大炮弹道发 射非线性方程
100英尺长、8.5英
7
尺高、3英尺宽， 重30吨
含有18800个真空
管，功耗140kW
Copyright reserved，vision 5.0
2.1 集成电路的发明
Intel：Integrated
Electronics
14
创立者：摩尔、诺
宜斯、葛洛夫，均 来自仙童公司
Copyright reserved，vision 5.0
2.1 集成电路的发明
MOS器件及电路
1925年加拿大人J.Lilienfeld（加拿大人）提出IGFET的概念，
1935年英格兰人Q.Heil也独立提出这一原理
2.2 微处理器的发展8004:第一个微处理器问世
Intel 4004 1971年，美国Intel公司 用NMOS实现 2300个晶体管，主频1MHz 全定制手工设计
16
Copyright reserved，vision 5.0
2.2 微处理器的发展
8008：序号与性能同时加倍
1904年，英国科学家John Ambrose Fleming，发明了第一只电子管，被称为 “Fleming Valve”。
4
弗莱明
这只电子管只有阴极和阳极两个电极。他通过研究
Edison Effect，将一个有用信号调制到从阴极到阳极的 直流电流之上。
Copyright reserved，vision 5.0
2.2 微处理器的发展 Pentium:新命名新世代
23
1993年，Intel公司
310万只晶体管，主频
60→200MHz
内置MMX（多媒体指令集）
Copyright reserved，vision 5.0
2.2 微处理器的发展
Pentium Pro:为服务器而设计
24
1995年，Intel公司 550万只晶体管 整合了高速二级缓存芯片
1970‘s解决了MOS器件稳定性及工艺复杂性之后，MOS数字集
成电路开始成功应用
最早提出的MOS IC是CMOS的，但第一个实用的MOS IC却是
15
PMOS的，目前普遍应用的MOS IC又是CMOS的
MOS在功耗、集成度、工艺的规范及简单程度方面比双极有更大
的优势
Copyright reserved，vision 5.0
Copyright reserved，vision 5.0
2.2 微处理器的发展80486:X86系列颠峰之作
1989年，Intel公司
22
125万只晶体管，主频25→100MHz 协处理器内置，支持RISC技术 比80386快4倍多
Copyright reserved，vision 5.0