专用集成电路设计ASIC

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1、专用集成电路设计授课教师：张立文电子信息工程学院2010-9-23微电子学的特点电子学的一门分支学科以实现电路和系统的集成为目的，故实用性极强。空间尺度通常以微米(m)和纳米(nm)为单位。微电子学是电子信息领域的重要基础学科学科:微电子学工业原料:半导体产品形式:集成电路几个概念：集成电路IC：是通过一系列特定的加工工艺，将晶体管、二极管等有源器件和电阻、电容等无源器件，按照一定的电路互连，“集成”在一块半导体单晶片上，封装在一个外壳内，执行特定电路或系统功能。专用集成电路ASIC：是面向特定用户和特定用途而设计的

2、集成电路。在集成电路发展的基础上，结合电路和系统的设计方法，利用计算机辅助技术和设计工具，将某种特定应用电路或电路系统用集成电路的设计方法制造到一片半导体芯片上。第一章概论1.1集成电路的发展历程1.1.1、集成电路的出现1948年：世界上第一支点接触式晶体三极管，标志电子管时代向晶体管时代过渡。1950年：第一次研制出结型晶体管1952年：第一次提出“集成电路”设想1958年：第一块集成电路，双极型晶体管集成电路1960年：第一块MOS集成电路1.1.2、集成电路的发展SSI→MSI→LSI→VLSI→ULSI

3、→SOC60年代TTL、ECL出现并得到广泛应用。1966年MOSLSI发明（集成度高，功耗低）70年代MOSLSI得到大发展（出现集成化微处理器，存储器）VLSI，典型产品64KDRAM80年代VLSI出现，使IC进入了崭新的阶段（其标志为特征尺寸小于2m，集成度105个元件/片）典型产品4MDRAM(集成度8·106，芯片面积91mm2，特征尺寸0.8μm，晶片直径150mm)，于89年开始商业化生产，95年达到生产顶峰90年代ASIC、ULSI和SOC等不断涌现，并成为IC应用的主流产品。1GDRAM(集成度2.2·

4、109，芯片面积700mm2，特征尺寸0.18μm，晶片直径200mm)，2000年开始商业化生产，2004年达到生产顶峰。集成电路的规模不断提高，CPU(P4)己超过4000万晶体管。•第一代：电子管计算机（1946~1955)•第二代：晶体管计算机(1955~1964)•第三代：集成电路计算机(1964~1970)•第四代：VLSI计算机（1971年--现在）1.1.3、集成电路发展的特点表1-1集成电路特征参数的进展情况1.1.3、集成电路发展的特点特征尺寸越来越小；芯片尺寸越来越大；单片上的晶体管数越来越多；时钟速

5、度越来越快；电源电压越来越低（<1.0V）；布线层数越来越多；输入/输出(I/O)引脚越来越多。1.特征尺寸(FeatureSize)特征尺寸定义为器件中最小线条宽度(对MOS器件,栅电极所决定的沟道几何长度)，下图自左到方给出的是宽度从4μm~70nm按比例画出的线条。由此，我们对特征尺寸的按比例缩小有一个直观的印象。2.芯片面积(ChipArea)•随着集成度的提高，每芯片所包含的晶体管数不断增多，平均芯片面积也随之增大。•芯片面积的增大也带来一系列新的问题。如大芯片封装技术、成品率以及由于每个大圆片所含芯片数减少而引起的

6、生产效率降低等。但后一问题可通过增大晶片直径来解决。3、集成度（IntegrationLevel）是以一个IC芯片所包含的元件(晶体管或门/数)来衡量.4.晶片直径(WaferDiameter)为了提高集成度，可适当增大芯片面积。然而，芯片面积的增大导致每个圆片内包含的芯片数减少，从而使生产效率降低，成本高。采用更大直径的晶片可解决这一问题。晶圆的尺寸增加，当前的主流晶圆的尺寸为8吋，正在向12吋晶圆迈进。下图自左到右给出的是从2吋～12吋按比例画出的圆。由此，我们对晶圆尺寸的增加有一个直观的印象。尺寸从2吋～12吋成比例增加

7、的晶圆第一章概论回顾半导体发展的历程，之前总是由两个轮子来推动工业的进步：一个是不断地缩小特征尺寸，由0.25微米、0.18微米、0.13微米、至90纳米及65纳米，通常每两年时间跨上一个新的台阶.另一个是增大硅片直径，由6英寸、8英寸至目前的12英寸。业界通常总是以采用缩小尺寸优先。第一章概论1.1.4、摩尔定律一个有关集成电路发展趋势的著名预言。1960年，美国Intel公司创始人之一G.Moore博士预言集成电路的发展遵循指数规律。1965年，在《电子学杂志》发表“摩尔定律”可以简述为：每18个月，同一面积芯片上可以

8、集成的晶体管数量将翻一番，而价格下降一半。理解摩尔定律的伟大经济意义微米时代：4um->2um->1.2um亚微米时代：0.8um->0.5um深亚微米时代：0.35um->0.25um->0.18um->0.13um纳米时代：0.09um(90nm)->65nm->45nm