数字集成电路

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一、早期的集成电路产业结构

早期的IC产业以全能型企业为主，称为IDM:
集整机产品和IC设计、制造、封装和测试等生产全过 程于一身。

最早开始投资IC产业的IDM多为美国电子企业
德州仪器、仙童、Motorola、IBM、DECD等
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四、设计业分离后的集成电路产业

八十年代 Daisy公司首先实现了计算机辅助工程技术 CAE, 集成电路设计技术开始部分物化到设计工具中。

随着EDA工具的发展，库的概念、工艺模型参数及其仿真
概念的引入， IC设计开始进入抽象化阶段，使设计过程可 以独立于生产工艺而存在。

随着PC机的广泛应用，IC产业已进入以客户为导向的阶段 ，集成电路产业从一个标准产品竞争时代进入到一个用户
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六、整机业务分离后的集成电路产业
“IDM公司”从”综合型IDM公司”中剥离出来专门从事半导 体产业的设计、制造、封装和测试，不从事整机业务。
专业型IDM公司具有更高的运作效率。
Motorola、 Siemens、 Philip 等欧美综合型 IDM公司将半导体业 务单独剥离出来，分别成立了 Freescale 、 Infineon 、 NXP 等专 业型IDM公司。 日本的综合电子企业NEC和日立公司，剥离其存储器部门联合成 立存储器大厂Elpida。 日立、三菱的非存储器部门又分离出来联合成立瑞萨半导体公司
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A Design Perspective
Jan M. Rabaey Anantha Chandrakasan Borivoje Nikolic
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定制产品的时代。专门从事IC设计的公司开始大量出现。
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• 处于产业链前端的设计业被认为地位最稳固并可控制整个产业链。 • 目前，我国集成电路产业已经形成了 IC设计、芯片制造、封装测试三业并举 及支撑配套业共同发展的较为完善的产业链格局。 • IC设计业方面，目前以各种形态存在的设计公司、设计中心、设计室以及具 备设计能力的科研院所等IC设计单位已有近上千家。产品设计的门类已经涉及 计算机与外设、网络通信、消费电子以及工业控制等各个整机门类和信息化工 程的许多方面。中国IC设计公司远远无法满足市场的需求。 AltoBeam高拓讯达公司 上海英联电子科技有限公司 大唐微电子技术有限公司 展讯通信（上海）有限公司 北京君正集成电路股份有限公司 上海华虹集成电路有限责任公司 硅谷数模半导体（中国）有限公司 格科微电子（上海）有限公司 昆天科微电子 上海山景集成电路技术有限公司 圣邦微电子（北京）股份有限公司 福州瑞芯微电子有限公司 北京兆易创新 深圳市芯海科技有限公司 北京京微雅格 敦泰科技有限公司 京芯博创技术有限公司 杭州国芯科技股份有限公司 锐迪科微电子（上海）有限公司 上海复旦微电子 上海贝岭股份有限公司 深圳市海思半导体有限公司 帝奥微电子（DIOO Microcircuits Ltd） 杭州士兰微电子股份有限公司

学到什么?
理解, 设计, 从不同的角度优化数字电路的设计:
cost 成本, speed 速度, power dissipation 能耗, reliability 可靠性
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• 集成电路“十二五”规划提出，国内集成电路产业要在“十一五”取得 的基础上进一步加速发展。到2015年，产业规模在2010年的基础上再翻一 番以上，销售收入超过3000 亿元，在世界集成电路市场份额提高到14%以 上，满足国内30% 的市场需求。 • 根据中国半导体行业协会统计，2013年上半年中国集成电路产业销售额 为 1155.8 亿元，同比增长 14% 。 其中，设计业依然增速较快，销售额为 331.7 亿元，同比增长 32.8% ；制造业销售额 305.4 亿元，同比增长 10.1% ； 封装测试业销售额518.7 亿元，同比增长6.6%。 根据海关统计，2013年上半年进口集成电路1282.3亿块，同比增长19.5%； 进口金额1172.1亿美元，同比增长41.7%。出口集成电路714亿块，同比增 长50%；出口金额524.6亿美元，同比增长191.6%。
这些公司投资IC产业主要为自身整机产品服务
提升产品质量，降低成本，争夺市场
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二、材料、设备业分离后的集成电路产业
产品形态明晰的设备业、材料业最先从这些“全能 企业”中分离出来。 整个产业系统分化为集成电路业、半导体设备业 和半导体材料业三个子产业。 材料、设备业开发技术难度大，属于基础科学类 开发费用高，因此进入门槛高。 半导体设备制造业被日本东京电子、荷兰 ASML 等欧美企业垄断。 国内材料业公司有：有研院、海纳、新傲等。
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集成电路产业链
整机生产
材料制备
IC设计 IC制造 IC封装 IC测试
设计工具软件开发 设备制造
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集成电路产业结构演化路线
根据国家统计局统计，2012年国内集成电路产量823.1亿块，同比增长 14.4%。
根据海关统计，2012年中国集成电路产品进口金额为1920.6亿美元，同 比增长12.8%；2012年中国集成电路产品出口金额为534.3亿美元，同比 增长64.1%。
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封装、测试技术已物化到了设备技术和原材料技术之中 剩下的生产工序转化为劳动力密集型工作 发达国家将封装测试转移到本土以外的其他地区
台湾企业在全球封装测试产业中所占的比重最大， 全球前5大封测厂占3席
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“国家给资金不如给政策” 什么原因 导致了投资者的观望和减速呢?
主要是投资越来越大、风险越来越高，许多世界级大公司都已经 快玩不起了。业界里有许多人认为最后可能只有 INTEL 、台积电和三 星能够发展下去，其余公司都有可能面临被洗牌的考验。 借布局IPv6和物联网的机会，将其分为两种情况，即与国家安全有 关的部分和纯市场化竞争的部分。 对与国家安全相关的基础网络，如公安、金融、国防、政府网站 及敏感信息等领域，参照并借用二代身份证、 北斗导航卫星、手机SIM 卡等成功经验和案例，把它们划分出来，颁布特定目标下的特别规定 ，把这些安全敏感的CPU规定成国家安全产品，从CPU研制、操作系统 研发、整机生产、应用网络布局等方面进行强制管理，由此实现对国 产CPU等的扶持政策，建立起中国特色的国产CPU知识产权体系，绕开 众多的国际知识产权纠纷.
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五、加工业分离后的集成电路产业

制造工艺水平的不断提高，对生产线的投入越来越大， 多数 IDM无力承担如此之高的费用。于是只专注于芯片 制造的代工企业出现了。
1987年，全球第一家集成电路制造专业代工服务公司 ―台积电 （TSMC）成立。
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硅纳米电子学材料
早期所需材料种类相比于目前很少
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三、封装、测试业分离后的集成电路产业
二十世纪 70 年代，封装、测试业逐渐从整个产业 中分离出来。
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•“十一五”期间，虽然投资半导体的总投资额不少，但投资项目中很 多都集中到了光伏电池、LED等方面，真正投在IC芯片制造线的项目 数量稀稀松松。不 但项目之间的数量分布和继承性很不连贯，而且所 投项目的市场目标和工艺种类等也都十分缺乏明显的前瞻性，而且还 出现了在成都的芯片生产线投资失败的案 例。 进入2012年以来，先后出现了三星西安IC项目，投资70亿美元，工 艺技术水平为12英寸硅圆片，主打产品为NAND FLASH存储器; 北京市与中芯国际72亿美元建设两条月产能各为3.5万片、技术水 平为40纳米～28纳米的12英寸集成电路生产线- 2013年开始见效。 世界IC技术的新一轮进步，3D工艺 的出现、NAND FLASH存储器 需求的突起、22纳米以下最新工艺技术的进展等，这些都是目前我国 集成电路工艺技术鞭长莫及的，这将重新拉开我国与世 界先进水平已 经缩短了的差距。
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What is an IC?
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集成电路产业结构
集成电路产业是目前世界上发展最快、最具影响力 的产业之一。 为了适应激烈的竞争、实现最大价值的内在要求， 产业结构发生了很大的变化： 最初以“全能型”企业为主体 现在为垂直分工越来越清晰的“专业型”企业 为主体
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•受到世界经济低迷影响，2012年全球半导体市 场同比下降了2.7%（SIA 数据），为2,916亿美元。国内集成电路产业在宽带提速、家电下乡等宏 观政策影响下好于全球市场。根据中国半导体行业协会 统计，2012年中 国集成电路产业销售额为2158.5亿元，同比增长11.6%。其中，设计业继 续保持快速增长态势，销售额为621.68亿元， 同比增长18.1%；制造业销 售额501.1亿元，同比增长16.1%；封装测试业销售额为1035.67亿元，同 比增长6.1%。
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What is this book all about?

数字集成电路介绍.
CMOS 器件和制造工艺.
CMOS Inverters 反相器 gate门 propagation delay 传输延迟 noise margins 噪声容限 power dissipation 能耗 sequential circuits 时序电路 Arithmetic 算法 interconnect 互连 memories 存储 programmable logic arrays 可编程逻辑阵列 design methodologies 设计方法.
半导体代工阵营中的前四大企业为：台积电（TSMC）、
联电(UMC)、中芯国际(SMIC)、特许(Chartered) 以 X-Fab 、 Jazz Semiconductor 为 代 表 的 企 业 以 提 供 特 殊 Foundry服务(RF、Analog)而拥有自己的一席之地。

无生产线的 IC 设计公司（ Fabless ）与 IC 代工制造公司 (Foundry) 相配合的方式成为IC产业发展的重要模式。