数字集成电路课件1培训讲学.ppt

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1、数字集成电路课件11.1绪论电路设计应考虑：可靠性速度功耗面积成本1.1绪论数字系统设计规格说明书（spec）包含整个系统所需要的特性，定义输入、输出、环境条件、操作速度等寄存器传输级（RTL）设计用Verilog或VHDL实现门级设计通过综合工具实现版图设计通过版图设计工具实现，通常以GDS-Ⅱ格式表示制造包括流片、封装、测试等1.2集成电路产业的简要历史第一台机械计算机1832年，Babbage的差动引擎（DifferenceEngineⅠ）工作部件问题：设计复杂，成本高1.2集成电路产业的简要历史

2、第一台电气计算机（1946）ENIAC（电子数字积分计算机）18000个真空管问题：可靠性，功耗，成本1.2集成电路产业的简要历史第一个晶体管1947，贝尔实验室1.2集成电路产业的简要历史第一块集成电路ECL（射极耦合逻辑）3输入逻辑门Motorola，1966年1960年代是双极型电路时代1.2集成电路产业的简要历史双极型1947年：晶体管（Bardeen/BellLab）1949年：双极型晶体管（Schockley）1956年：数字逻辑门（Harris）1962年：TTL（晶体管-晶体管逻辑）系列

3、（Beeson/Fairchild）1974年：ECL（射极耦合逻辑）高速系列（Masaki）1972年：I2L（集成注入逻辑）低功耗高密度系列（Hart）功耗问题：让位于MOS（metal-oxide-semiconductor）1.2集成电路产业的简要历史MOS1925年：IGFET绝缘栅场效应晶体管（Lilienfeld）缺乏对材料的了解和栅稳定性问题的认识1963年：CMOS逻辑门（Wanlass）工艺复杂性1970年：PMOS计算器1970年：NMOS存储器高密度：4Kbit1972/74年：

4、NMOS微处理器高速：Intel4004/8080功耗：NMOS让位于CMOS1.2集成电路产业的简要历史CMOS1970年：工艺进步导致好的性价比集成规模增大功耗瓶颈其它工艺Bi-CMOS高速存储器和门阵列SOI面积/功耗/速度优，成本高GaAs/SiGe/超导速度优摩尔定律（Moore’sLaw）Electronics,April19,1965.GordonMoore单片集成晶体管数目每18或24个月增长一倍半导体工艺的效力每18个月增长一倍复杂度的演变——存储器晶体管数目1,000,000100

5、,00010,0001,00010100119751980198519901995200020052010808680286i386i486Pentium®Pentium®ProK十亿颗晶体管！Source:IntelProjectedPentium®IIPentium®III摩尔定律——微处理器每代领先的微处理器的晶体管数目每2年增加一倍40048008808080858086286386486Pentium®procP60.0010.010.11101001000197019801990200020

6、10YearTransistors(MT)摩尔定律——芯片尺寸40048008808080858086286386486Pentium®procP611010019701980199020002010YearDiesize(mm)每年约增加7%每10年约增加2倍要符合摩尔定律，芯片尺寸每年需增长14%摩尔定律——工作频率P6Pentium®proc486386286808680858080800840040.111010010001000019701980199020002010YearFrequenc

7、y(Mhz)每2年增加1倍每代领先的微处理器工作频率每2年翻一番摩尔定律——功耗P6Pentium®proc486386286808680858080800840040.1110100197119741978198519922000YearPower(Watts)每代领先的微处理器功耗持续增长功耗将成为主要问题能量的传递和耗散将变得不可能5KW18KW1.5KW500W40048008808080858086286386486Pentium®proc0.1110100100010000100000197

8、11974197819851992200020042008YearPower(Watts)功率密度功率密度过高导致硅半导体PN结温度升高40048008808080858086286386486Pentium®procP611010010001000019701980199020002010YearPowerDensity(W/cm2)电炉温度核反应温度火箭喷嘴温度1.2集成电路产业的简要历史深亚微米（DSM，deepsubmicron）时