專用集成電路概念與設(shè)計流程課件

第二講專用集成電路概念及設(shè)計流程韓雁2013年3月第二講專用集成電路概念及設(shè)計流程浙大微電子專用集成電路(IC)概念通用集成電路:市場上能買得到的IC專用集成電路(ASIC)市場上買不到、需要自己設(shè)計實(shí)現(xiàn)的IC2/52浙大微電子專用集成電路(IC)概念通用集成電路:2/52浙大微電子半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的主要產(chǎn)品分類分為四大類：

2011-2013年全球半導(dǎo)體產(chǎn)品銷售比例201120122013集成電路(IC,通用、專用)82.5％81.7％81.4％分立器件(Discrete)7.1％6.8％6.9％光電器件(Optoelectronic)7.7％8.7％8.9%傳感器(Sensors)2.7％2.7％2.7％集成電路、分立器件、光電器件、傳感器資料來源：世界半導(dǎo)體貿(mào)易統(tǒng)計組織3/52浙大微電子半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的主要產(chǎn)品分類201120122013集浙大微電子一、通用集成電路的四種產(chǎn)品形態(tài)微器件（MicroDevice）存儲器（Memory）邏輯電路（Logic）模擬電路（Analog）201120122013微器件25.3％26.1％25.8％存儲器24.6％23.9％23.5％邏輯電路31.9％32.7％33.1%模擬電路17.1％17.3％17.6％4/52浙大微電子一、通用集成電路的四種產(chǎn)品形態(tài)2011201220浙大微電子一、通用集成電路的四種產(chǎn)品形態(tài)1.微器件（MicroDevice）1.1微處理器（MPU）通用型、嵌入式型1.2微控制器（MCU）

4、8、16、32位1.3數(shù)字信號處理器（DSP）通用型、嵌入式型2.存儲器（Memory）3.邏輯電路（Logic）4.模擬電路（Analog）5/52浙大微電子一、通用集成電路的四種產(chǎn)品形態(tài)1.微器件（浙大微電子微處理器（MPU）

通用型微處理器PC機(jī)或工作站、服務(wù)器等的CPU，具有

高壟斷、高技術(shù)、高利潤、高風(fēng)險特征。

嵌入式型微處理器嵌入式CPU的基礎(chǔ)還是通用型CPU，本質(zhì)上與通用CPU的區(qū)別不大。為迎合不同的應(yīng)用，只保留與具體應(yīng)用相關(guān)的功能，去除冗余的功能。6/52浙大微電子微處理器（MPU）通用型微處理器6/52浙大微電子通用型微處理器高壟斷：整個行業(yè)的PC市場基本被Intel、AMD兩家所控制，Sun、IBM等少數(shù)公司只能分享工作站與服務(wù)器領(lǐng)域的一部分市場。高技術(shù)：通用CPU強(qiáng)烈追求功能的強(qiáng)大和頻率的提高，對最先進(jìn)的IC工藝需求十分迫切，高端CPU已進(jìn)入28nm工藝制程。繼續(xù)縮小加工尺寸將遇到漏電流增大及互連線延時瓶頸，因而轉(zhuǎn)向通過改變體系框架發(fā)展多核CPU來達(dá)到目標(biāo)。高利潤：以Intel處理器為例，其產(chǎn)品享受著30~40%的高額利潤，而像戴爾這樣的計算機(jī)公司，卻只有5％的利潤。高風(fēng)險：高技術(shù)意味著新的企業(yè)如果想進(jìn)入這個行業(yè)，必然承受高風(fēng)險這個代價。7/52浙大微電子通用型微處理器高壟斷：整個行業(yè)的PC市場基本被In浙大微電子嵌入式CPU嵌入式CPU主要用于消費(fèi)類家電、汽車電子、工業(yè)設(shè)備等，是一個應(yīng)用高度分散，不斷創(chuàng)新的產(chǎn)業(yè)。與通用CPU領(lǐng)域的“獨(dú)大”局面不同，嵌入式CPU呈現(xiàn)的是一個百家爭鳴的形態(tài)。與通用型CPU主要使用x86或PowerPC兩類核心架構(gòu)相比，嵌入式CPU常見的核心架構(gòu)還包括MIPS、ARM、SuperH等。8/52浙大微電子嵌入式CPU嵌入式CPU主要用于消費(fèi)類家電、汽車電浙大微電子一、通用集成電路的四種產(chǎn)品形態(tài)1.微器件（MicroDevice）1.1微處理器（MPU）通用型、嵌入式型1.2微控制器（MCU）

4、8、16、32位1.3數(shù)字信號處理器（DSP）通用型、嵌入式型2.存儲器（Memory）3.邏輯電路（Logic）4.模擬電路（Analog）9/52浙大微電子一、通用集成電路的四種產(chǎn)品形態(tài)1.微器件（浙大微電子1.2微控制器（MCU）

MCU是各種自動控制系統(tǒng)的核心，是最早的SoC。它將CPU、RAM、ROM、定時器、I/O接口和外圍電路整合在單一芯片上，形成系統(tǒng)級芯片。對系統(tǒng)的顯示器、鍵盤、傳感器等外圍進(jìn)行控制。市場的產(chǎn)品生命周期很長（汽車中3到10年，家電中5年）。運(yùn)用的軟件及操作系統(tǒng)也不太會更換，這些都有別于MPU市場。10/52浙大微電子1.2微控制器（MCU）MCU是各種自動控制浙大微電子

4、8、16、32位元MCU市場出貨量數(shù)據(jù)來源：In-Stat11/52浙大微電子4、8、16、32位元MCU市場出貨量數(shù)據(jù)來源：浙大微電子一、通用集成電路的四種產(chǎn)品形態(tài)1.微器件（MicroDevice）1.1微處理器（MPU）通用型、嵌入式型1.2微控制器（MCU）

4、8、16、32位1.3數(shù)字信號處理器（DSP）通用型、嵌入式型2.存儲器（Memory）3.邏輯電路（Logic）4.模擬電路（Analog）12/52浙大微電子一、通用集成電路的四種產(chǎn)品形態(tài)1.微器件（浙大微電子數(shù)字信號處理器（DSP）與微處理器分類一樣，DSP也分為通用DSP與嵌入式DSP兩類。通用DSP的主要市場在于通信應(yīng)用。嵌入式DSP則應(yīng)用廣泛，包括MP3播放器、DVD播放機(jī)、機(jī)頂盒、音視頻接收設(shè)備、數(shù)碼相機(jī)和汽車電子等。13/52浙大微電子數(shù)字信號處理器（DSP）與微處理器分類一樣，DSP浙大微電子一、通用集成電路的四種產(chǎn)品形態(tài)微器件（MicroDevice）1.1微處理器（MPU）1.2微控制器（MCU）1.3數(shù)字信號處理器（DSP）存儲器（Memory）2.1DRAM2.2FLASH邏輯電路（Logic）模擬電路（Analog）14/52浙大微電子一、通用集成電路的四種產(chǎn)品形態(tài)14/52浙大微電子存儲器（Memory）

最為體現(xiàn)半導(dǎo)體先進(jìn)制程和經(jīng)營規(guī)模效應(yīng)的產(chǎn)品是一種最通用的商品，價格對供求變化的敏感性非常高，波動幅度極大。資金需求大、工藝技術(shù)要求先進(jìn)，產(chǎn)業(yè)變動起伏不易控制市場特點(diǎn)決定需要很大規(guī)模的制造和量產(chǎn)能力，是半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)中最不穩(wěn)定的市場，是制造商和投資者眼中的高風(fēng)險業(yè)務(wù)。存儲器制造廠商經(jīng)營壓力沉重，但效益也是半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)中最高的。15/52浙大微電子存儲器（Memory）最為體現(xiàn)半導(dǎo)體先進(jìn)制程和經(jīng)浙大微電子DRAMDRAM存儲器起源于Intel公司，后日本、韓國及中國臺灣紛紛以此為切入點(diǎn)進(jìn)入IC產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域，迄今為止依然是這些國家和地區(qū)的主打產(chǎn)品。因?yàn)槿毡酒髽I(yè)的逐漸強(qiáng)大，Intel在1985年宣布退出存儲器領(lǐng)域，轉(zhuǎn)而集中發(fā)展微處理器。因?yàn)槿毡敬鎯ζ鳟a(chǎn)業(yè)的強(qiáng)大，使得1988年日本位居全球半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)之首，獨(dú)占世界市場50％以上，并維持7年之久。同樣因?yàn)轫n、臺在DRAM領(lǐng)域的相繼崛起，美國稱霸微處理器領(lǐng)域，導(dǎo)致日本在世界半導(dǎo)體市場上的地位又逐漸下降，近年已僅占20％。16/52浙大微電子DRAMDRAM存儲器起源于Intel公司，浙大微電子Flash(閃存)

是一種非易失（非揮發(fā)）性存儲器，用于數(shù)碼相機(jī)MP3移動電話移動多媒體等目前已采用28納米工藝制程，其基本存儲單元為疊柵型CMOS結(jié)構(gòu)。電路形式為NAND和NOR17/52浙大微電子Flash(閃存)是一種非易失（非揮發(fā)）性存儲浙大微電子一、通用集成電路的四種產(chǎn)品形態(tài)微器件（MicroDevice）1.1微處理器（MPU）1.2微控制器（MCU）1.3數(shù)字信號處理器（DSP）存儲器（Memory）2.1DRAM2.2FLASH邏輯電路（Logic）模擬電路（Analog）18/52浙大微電子一、通用集成電路的四種產(chǎn)品形態(tài)18/52浙大微電子邏輯電路邏輯電路扮演著IC中第一大門類的角色。提供數(shù)據(jù)通信、信號處理、數(shù)據(jù)顯示、電路接口、定時和控制操作以及系統(tǒng)運(yùn)行所需要的其它功能邏輯電路主要包括通用邏輯電路（與非、或非、倒相器、DFF、MUX…）現(xiàn)場可編程邏輯器件（FPLD,CPLD）數(shù)字雙極電路邏輯電路

與存儲器、微處理器

一同構(gòu)成了三種基本的數(shù)字電路類型。19/52浙大微電子邏輯電路邏輯電路扮演著IC中第一大門類的角色。19浙大微電子一、通用集成電路的四種產(chǎn)品形態(tài)微器件（MicroDevice）1.1微處理器（MPU）1.2微控制器（MCU）1.3數(shù)字信號處理器（DSP）存儲器（Memory）2.1DRAM2.2FLASH邏輯電路（Logic）模擬電路（Analog）20/52浙大微電子一、通用集成電路的四種產(chǎn)品形態(tài)20/52浙大微電子模擬電路

模擬電路是指處理連續(xù)性的光、聲音、溫度、速度等自然模擬信號的集成電路產(chǎn)品。常用模擬IC電源系列（AC/DC,DC/DC,LDO）運(yùn)算放大器（OPA）比較器（Comparator）數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換接口（ADC,DAC）功放（PA）模擬濾波器（Filter）模擬開關(guān)（Switch）功率驅(qū)動IC（Driver）21/52浙大微電子模擬電路模擬電路是指處理連續(xù)性的光浙大微電子模擬電路產(chǎn)品特點(diǎn)品種多、生命周期長、技術(shù)含量高、輔助設(shè)計工具少、測試周期長。數(shù)字IC強(qiáng)調(diào)運(yùn)算速度與成本，模擬IC強(qiáng)調(diào)高信噪比、低失真、低功耗和穩(wěn)定性。主要的工藝有CMOS，BiCMOS和BCD工藝，在高頻領(lǐng)域還有SiGe和GaAs工藝。模擬電路市場增長穩(wěn)定，波動小，企業(yè)一般擁有持續(xù)獲利的前景。TI、ST、NXP、Infineon和ADI一直占據(jù)著全球五大供應(yīng)商位置。22/52浙大微電子模擬電路產(chǎn)品特點(diǎn)品種多、生命周期長、技術(shù)含量高、輔浙大微電子二、專用集成電路及其發(fā)展趨勢新電路的設(shè)計與實(shí)現(xiàn)對已有電路或系統(tǒng)的集成改造體積縮小重量減輕性能提高成本降低保密性增強(qiáng)ASIC的發(fā)展以及IP核的復(fù)用技術(shù)，促成了SoC(SystemonaChip)的問世以及SiP(Systeminapackage)概念的提出。23/52浙大微電子二、專用集成電路及其發(fā)展趨勢新電路的設(shè)計與實(shí)現(xiàn)23PDP數(shù)字電視顯示器行掃描驅(qū)動芯片PDP數(shù)字電視顯示器行掃描驅(qū)動芯片浙大微電子

333整體電路圖高壓輸出高低壓轉(zhuǎn)換移位鎖存25/52浙大微電子333整體電路圖高壓輸出高低壓轉(zhuǎn)換移位鎖存25/浙大微電子高壓輸出電路部分26/52浙大微電子高壓輸出電路部分26/52浙大微電子

高低壓轉(zhuǎn)換接口電路27/52浙大微電子高低壓轉(zhuǎn)換接口電路27/52浙大微電子

移位寄存器和鎖存器28/52浙大微電子移位寄存器和鎖存器28/52浙大微電子整體版圖ABC29/52浙大微電子整體版圖ABC29/52浙大微電子高壓輸出電路版圖A30/52浙大微電子高壓輸出電路版圖A30/52浙大微電子高低壓轉(zhuǎn)換接口部分的版圖B31/52浙大微電子高低壓轉(zhuǎn)換接口部分的版圖B31/52浙大微電子移位寄存器和鎖存器版圖C32/52浙大微電子移位寄存器和鎖存器版圖C32/52浙大微電子移位寄存器和鎖存器的放大版圖（1千倍）33/52浙大微電子移位寄存器和鎖存器的放大版圖（1千倍）33/52浙大微電子三、常用半導(dǎo)體制造工藝IC制造工藝數(shù)字IC電路（CMOS工藝）模擬IC電路（Bipolar工藝、CMOS工藝）數(shù)?；旌闲盘朓C電路（CMOS、BiCMOS工藝）功率IC電路（BCD工藝，SOI工藝）ASIC制造常用工藝（um）標(biāo)準(zhǔn)CMOS工藝(0.5,0.35,0.18,0.13,65nm)34/52浙大微電子三、常用半導(dǎo)體制造工藝IC制造工藝34/52浙大微電子Bipolar/CMOS/DMOS/SOI工藝

CMOSDMOSSOIBipolar35/52浙大微電子Bipolar/CMOS/DMOS/S浙大微電子四、ASIC設(shè)計流程特殊器件的設(shè)計流程(Device工藝)模擬電路設(shè)計流程(Analog工藝)數(shù)字電路設(shè)計流程（Logic工藝）數(shù)/?；旌想娐吩O(shè)計流程(Mixed-signal工藝)36/52浙大微電子四、ASIC設(shè)計流程特殊器件的設(shè)計流程(Devi浙大微電子特殊器件的設(shè)計流程37/52浙大微電子特殊器件的設(shè)計流程37/52浙大微電子常用的TCAD軟件工具

所屬公司工藝仿真器件仿真特點(diǎn)SynopsysTsuprem4Medici國內(nèi)業(yè)界廣泛使用ISE(瑞士)被Synopsys公司收購DIOSMDRAW，器件生成DESSIS，器件仿真國外業(yè)界廣泛使用SILVACOAthenaAtlas圖形界面操作簡單易學(xué)SentaurusSynopsysProcessStructureEditorDevice提供模型參數(shù)數(shù)據(jù)庫和小尺寸模型

38/52浙大微電子常用的TCAD軟件工具所屬公司工藝仿真器件仿真特浙大微電子

模擬IC設(shè)計流程39/52浙大微電子模擬IC設(shè)計流程39/52浙大微電子

公司CadenceSynopsysMentorGraphicsSpringSoft電路圖仿真SpectreHspice版圖繪制Virtuoso版圖驗(yàn)證及參數(shù)提取DivaDraculaCalibreLaker模擬集成電路設(shè)計常用工具40/52浙大微電子公司CadenceSynopsysMentor浙大微電子前端設(shè)計

數(shù)字IC設(shè)計流程41/52浙大微電子前端設(shè)計數(shù)字IC設(shè)計流程41/52浙大微電子后端設(shè)計42/52浙大微電子后端設(shè)計42/52浙大微電子數(shù)字集成電路設(shè)計常用工具

公司CadenceSynopsysMentorGraphicsSpringSoft邏輯仿真NC-SimVCSModelsim邏輯綜合Design-compiler布局布線SEEncounterAstroLaker時序驗(yàn)證Pearl可測性設(shè)計DFT-CompilerTetraMAX43/52浙大微電子數(shù)字集成電路設(shè)計常用工具公司CadenceSy浙大微電子五、ASIC設(shè)計需關(guān)注的主要數(shù)據(jù)規(guī)模(元件數(shù)/芯片)–

1000萬晶體管/Die,100門/Die芯片面積(mm2)–

1-100mm2硅片直徑(mm)–20mm(8英寸)/wafer特征線寬(μm)

–0.18μm,65nm/CD工作電壓(V)

–3.3V,1.8V,1.2V,0.8V,0.5V功耗（mW）–16mW,1.3mW,6.5mW速度（MHz）

–

高速電路(數(shù)字),時鐘800MHz頻率（GHz）

–

射頻電路(模擬),2.4GHz,6GHz速度功耗積/綜合性能指標(biāo)FOM--1pJ/單位量化電平溫度特性（PPM）--民品、工業(yè)品、軍品溫度范圍管腳數(shù)（只）--牽涉到芯片面積、封裝類型及成本44/52浙大微電子五、ASIC設(shè)計需關(guān)注的主要數(shù)據(jù)規(guī)模(元件數(shù)/芯片浙大微電子六、ASIC成本每個芯片(chip)的成本可用下式估算:

總成本=設(shè)計成本+光罩成本+制造成本

(暫不考慮封裝測試成本)其中Ct為芯片開發(fā)總成本Cd

為設(shè)計成本，Cm

為光罩成本Cp

為每片wafer上電路的加工成本V為總產(chǎn)量

y為成品率

n為每一大園片上的芯片數(shù)(chip數(shù)/wafer)45/56浙大微電子六、ASIC成本每個芯片(chip)的成本可用下式浙大微電子降低成本的方法增大V,V=y×n×w當(dāng)批量V做得很大時,上式前二項可以忽略,成本主要由生產(chǎn)加工費(fèi)用決定。增大y:縮小芯片面積,因?yàn)楫?dāng)硅片的材料質(zhì)量一定時,其上的晶格缺陷數(shù)也基本上是確定的。一個芯片上如果有一個缺陷,那芯片功能就難以保證。芯片做得越小,缺陷落在其上的可能性也就越小,成品率就容易提高。

46/56浙大微電子降低成本的方法46/56浙大微電子降低成本的方法(cont.)3.增大n:增大wafer尺寸(2英寸4英寸5英寸8英寸12英寸…)這種方法需要工藝設(shè)備更新?lián)Q代的支持,工藝設(shè)備的更新?lián)Q代反過來使每一大園片的加工成本Cp也有所提高減小芯片面積,使得在相同直徑的大圓片上可以做更多的芯片電路這種方法會不斷要求工藝特征尺寸變小(0.6um0.35um0.18um0.09um…),加工成本Cp也會有所提高47/52浙大微電子降低成本的方法(cont.)3.增大n:47/5浙大微電子在確定工藝下減小芯片面積的方法①優(yōu)化的邏輯設(shè)計--用最少的邏輯部件完成最多的系統(tǒng)功能。本課程中介紹的乘法器、平方器的優(yōu)化設(shè)計就是一些典型實(shí)例。②優(yōu)化的電路設(shè)計--用最少的器件實(shí)現(xiàn)特定的邏輯功能。本課程中介紹的用CMOS傳輸門的方法實(shí)現(xiàn)D觸發(fā)器,較之傳統(tǒng)的用“與非門”的方法就可大大減少器件數(shù)目。③優(yōu)化的器件設(shè)計--盡量減小器件版圖尺寸。器件結(jié)構(gòu)要合理,驅(qū)動能力不要有冗余。④優(yōu)化的版圖設(shè)計--盡量充分利用版芯面積,合理布局,減小連線長度,減少無用區(qū)等。48/52浙大微電子在確定工藝下減小芯片面積的方法①優(yōu)化的邏輯設(shè)計浙大微電子封裝測試成本封裝測試成本：DIP140.16元/顆SOP140.20元/顆SOT60.17元/顆ATE封裝試樣費(fèi)1000元/項目ATE測試程序開發(fā)費(fèi)2000元/項目AutomaticTestEquipment（型號:93K）49/56浙大微電子封裝測試成本封裝測試成本：49/56浙大微電子ASIC其他費(fèi)用(會逐年下降)光罩（掩膜板）費(fèi)用3um工藝0.4萬元/塊，一套板9-10塊0.6umCMOS工藝1萬元/塊，一套板14-15塊最小流片量3um5寸線，4wafer/批，0.1萬元/wafer

流片最低價格0.1*4=0.4萬元0.6um6寸線：25wafer/批，0.36萬元/wafer，流片最低價格0.36*25=9萬元50/52浙大微電子ASIC其他費(fèi)用(會逐年下降)光罩（掩膜板）費(fèi)用浙大微電子MPW（CMOS多目標(biāo)晶圓）價格0.5um,2*2=4mm21萬元人民幣0.18um,5*5=25mm22萬美元0.13um,5*5=25mm2,4萬美元切割（Sawing）數(shù)百元人民幣/刀（預(yù)留線寬100um）51/52浙大微電子MPW（CMOS多目標(biāo)晶圓）價格0.5um,浙大微電子不同設(shè)計方法下成本的比對不同設(shè)計方法的概念全定制-全手工設(shè)計多用于模擬IC半定制-用標(biāo)準(zhǔn)單元多用于數(shù)字ICFPGA-小批量情況多用于樣品開發(fā)等52/52浙大微電子不同設(shè)計方法下成本的比對不同設(shè)計方法的概念52/5浙大微電子Thanks53/52浙大微電子53/52第二講專用集成電路概念及設(shè)計流程韓雁2013年3月第二講專用集成電路概念及設(shè)計流程浙大微電子專用集成電路(IC)概念通用集成電路:市場上能買得到的IC專用集成電路(ASIC)市場上買不到、需要自己設(shè)計實(shí)現(xiàn)的IC55/52浙大微電子專用集成電路(IC)概念通用集成電路:2/52浙大微電子半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的主要產(chǎn)品分類分為四大類：

2011-2013年全球半導(dǎo)體產(chǎn)品銷售比例201120122013集成電路(IC,通用、專用)82.5％81.7％81.4％分立器件(Discrete)7.1％6.8％6.9％光電器件(Optoelectronic)7.7％8.7％8.9%傳感器(Sensors)2.7％2.7％2.7％集成電路、分立器件、光電器件、傳感器資料來源：世界半導(dǎo)體貿(mào)易統(tǒng)計組織56/52浙大微電子半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的主要產(chǎn)品分類201120122013集浙大微電子一、通用集成電路的四種產(chǎn)品形態(tài)微器件（MicroDevice）存儲器（Memory）邏輯電路（Logic）模擬電路（Analog）201120122013微器件25.3％26.1％25.8％存儲器24.6％23.9％23.5％邏輯電路31.9％32.7％33.1%模擬電路17.1％17.3％17.6％57/52浙大微電子一、通用集成電路的四種產(chǎn)品形態(tài)2011201220浙大微電子一、通用集成電路的四種產(chǎn)品形態(tài)1.微器件（MicroDevice）1.1微處理器（MPU）通用型、嵌入式型1.2微控制器（MCU）

4、8、16、32位1.3數(shù)字信號處理器（DSP）通用型、嵌入式型2.存儲器（Memory）3.邏輯電路（Logic）4.模擬電路（Analog）58/52浙大微電子一、通用集成電路的四種產(chǎn)品形態(tài)1.微器件（浙大微電子微處理器（MPU）

通用型微處理器PC機(jī)或工作站、服務(wù)器等的CPU，具有

高壟斷、高技術(shù)、高利潤、高風(fēng)險特征。

嵌入式型微處理器嵌入式CPU的基礎(chǔ)還是通用型CPU，本質(zhì)上與通用CPU的區(qū)別不大。為迎合不同的應(yīng)用，只保留與具體應(yīng)用相關(guān)的功能，去除冗余的功能。59/52浙大微電子微處理器（MPU）通用型微處理器6/52浙大微電子通用型微處理器高壟斷：整個行業(yè)的PC市場基本被Intel、AMD兩家所控制，Sun、IBM等少數(shù)公司只能分享工作站與服務(wù)器領(lǐng)域的一部分市場。高技術(shù)：通用CPU強(qiáng)烈追求功能的強(qiáng)大和頻率的提高，對最先進(jìn)的IC工藝需求十分迫切，高端CPU已進(jìn)入28nm工藝制程。繼續(xù)縮小加工尺寸將遇到漏電流增大及互連線延時瓶頸，因而轉(zhuǎn)向通過改變體系框架發(fā)展多核CPU來達(dá)到目標(biāo)。高利潤：以Intel處理器為例，其產(chǎn)品享受著30~40%的高額利潤，而像戴爾這樣的計算機(jī)公司，卻只有5％的利潤。高風(fēng)險：高技術(shù)意味著新的企業(yè)如果想進(jìn)入這個行業(yè)，必然承受高風(fēng)險這個代價。60/52浙大微電子通用型微處理器高壟斷：整個行業(yè)的PC市場基本被In浙大微電子嵌入式CPU嵌入式CPU主要用于消費(fèi)類家電、汽車電子、工業(yè)設(shè)備等，是一個應(yīng)用高度分散，不斷創(chuàng)新的產(chǎn)業(yè)。與通用CPU領(lǐng)域的“獨(dú)大”局面不同，嵌入式CPU呈現(xiàn)的是一個百家爭鳴的形態(tài)。與通用型CPU主要使用x86或PowerPC兩類核心架構(gòu)相比，嵌入式CPU常見的核心架構(gòu)還包括MIPS、ARM、SuperH等。61/52浙大微電子嵌入式CPU嵌入式CPU主要用于消費(fèi)類家電、汽車電浙大微電子一、通用集成電路的四種產(chǎn)品形態(tài)1.微器件（MicroDevice）1.1微處理器（MPU）通用型、嵌入式型1.2微控制器（MCU）

4、8、16、32位1.3數(shù)字信號處理器（DSP）通用型、嵌入式型2.存儲器（Memory）3.邏輯電路（Logic）4.模擬電路（Analog）62/52浙大微電子一、通用集成電路的四種產(chǎn)品形態(tài)1.微器件（浙大微電子1.2微控制器（MCU）

MCU是各種自動控制系統(tǒng)的核心，是最早的SoC。它將CPU、RAM、ROM、定時器、I/O接口和外圍電路整合在單一芯片上，形成系統(tǒng)級芯片。對系統(tǒng)的顯示器、鍵盤、傳感器等外圍進(jìn)行控制。市場的產(chǎn)品生命周期很長（汽車中3到10年，家電中5年）。運(yùn)用的軟件及操作系統(tǒng)也不太會更換，這些都有別于MPU市場。63/52浙大微電子1.2微控制器（MCU）MCU是各種自動控制浙大微電子

4、8、16、32位元MCU市場出貨量數(shù)據(jù)來源：In-Stat64/52浙大微電子4、8、16、32位元MCU市場出貨量數(shù)據(jù)來源：浙大微電子一、通用集成電路的四種產(chǎn)品形態(tài)1.微器件（MicroDevice）1.1微處理器（MPU）通用型、嵌入式型1.2微控制器（MCU）

4、8、16、32位1.3數(shù)字信號處理器（DSP）通用型、嵌入式型2.存儲器（Memory）3.邏輯電路（Logic）4.模擬電路（Analog）65/52浙大微電子一、通用集成電路的四種產(chǎn)品形態(tài)1.微器件（浙大微電子數(shù)字信號處理器（DSP）與微處理器分類一樣，DSP也分為通用DSP與嵌入式DSP兩類。通用DSP的主要市場在于通信應(yīng)用。嵌入式DSP則應(yīng)用廣泛，包括MP3播放器、DVD播放機(jī)、機(jī)頂盒、音視頻接收設(shè)備、數(shù)碼相機(jī)和汽車電子等。66/52浙大微電子數(shù)字信號處理器（DSP）與微處理器分類一樣，DSP浙大微電子一、通用集成電路的四種產(chǎn)品形態(tài)微器件（MicroDevice）1.1微處理器（MPU）1.2微控制器（MCU）1.3數(shù)字信號處理器（DSP）存儲器（Memory）2.1DRAM2.2FLASH邏輯電路（Logic）模擬電路（Analog）67/52浙大微電子一、通用集成電路的四種產(chǎn)品形態(tài)14/52浙大微電子存儲器（Memory）

最為體現(xiàn)半導(dǎo)體先進(jìn)制程和經(jīng)營規(guī)模效應(yīng)的產(chǎn)品是一種最通用的商品，價格對供求變化的敏感性非常高，波動幅度極大。資金需求大、工藝技術(shù)要求先進(jìn)，產(chǎn)業(yè)變動起伏不易控制市場特點(diǎn)決定需要很大規(guī)模的制造和量產(chǎn)能力，是半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)中最不穩(wěn)定的市場，是制造商和投資者眼中的高風(fēng)險業(yè)務(wù)。存儲器制造廠商經(jīng)營壓力沉重，但效益也是半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)中最高的。68/52浙大微電子存儲器（Memory）最為體現(xiàn)半導(dǎo)體先進(jìn)制程和經(jīng)浙大微電子DRAMDRAM存儲器起源于Intel公司，后日本、韓國及中國臺灣紛紛以此為切入點(diǎn)進(jìn)入IC產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域，迄今為止依然是這些國家和地區(qū)的主打產(chǎn)品。因?yàn)槿毡酒髽I(yè)的逐漸強(qiáng)大，Intel在1985年宣布退出存儲器領(lǐng)域，轉(zhuǎn)而集中發(fā)展微處理器。因?yàn)槿毡敬鎯ζ鳟a(chǎn)業(yè)的強(qiáng)大，使得1988年日本位居全球半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)之首，獨(dú)占世界市場50％以上，并維持7年之久。同樣因?yàn)轫n、臺在DRAM領(lǐng)域的相繼崛起，美國稱霸微處理器領(lǐng)域，導(dǎo)致日本在世界半導(dǎo)體市場上的地位又逐漸下降，近年已僅占20％。69/52浙大微電子DRAMDRAM存儲器起源于Intel公司，浙大微電子Flash(閃存)

是一種非易失（非揮發(fā)）性存儲器，用于數(shù)碼相機(jī)MP3移動電話移動多媒體等目前已采用28納米工藝制程，其基本存儲單元為疊柵型CMOS結(jié)構(gòu)。電路形式為NAND和NOR70/52浙大微電子Flash(閃存)是一種非易失（非揮發(fā)）性存儲浙大微電子一、通用集成電路的四種產(chǎn)品形態(tài)微器件（MicroDevice）1.1微處理器（MPU）1.2微控制器（MCU）1.3數(shù)字信號處理器（DSP）存儲器（Memory）2.1DRAM2.2FLASH邏輯電路（Logic）模擬電路（Analog）71/52浙大微電子一、通用集成電路的四種產(chǎn)品形態(tài)18/52浙大微電子邏輯電路邏輯電路扮演著IC中第一大門類的角色。提供數(shù)據(jù)通信、信號處理、數(shù)據(jù)顯示、電路接口、定時和控制操作以及系統(tǒng)運(yùn)行所需要的其它功能邏輯電路主要包括通用邏輯電路（與非、或非、倒相器、DFF、MUX…）現(xiàn)場可編程邏輯器件（FPLD,CPLD）數(shù)字雙極電路邏輯電路

與存儲器、微處理器

一同構(gòu)成了三種基本的數(shù)字電路類型。72/52浙大微電子邏輯電路邏輯電路扮演著IC中第一大門類的角色。19浙大微電子一、通用集成電路的四種產(chǎn)品形態(tài)微器件（MicroDevice）1.1微處理器（MPU）1.2微控制器（MCU）1.3數(shù)字信號處理器（DSP）存儲器（Memory）2.1DRAM2.2FLASH邏輯電路（Logic）模擬電路（Analog）73/52浙大微電子一、通用集成電路的四種產(chǎn)品形態(tài)20/52浙大微電子模擬電路

模擬電路是指處理連續(xù)性的光、聲音、溫度、速度等自然模擬信號的集成電路產(chǎn)品。常用模擬IC電源系列（AC/DC,DC/DC,LDO）運(yùn)算放大器（OPA）比較器（Comparator）數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換接口（ADC,DAC）功放（PA）模擬濾波器（Filter）模擬開關(guān)（Switch）功率驅(qū)動IC（Driver）74/52浙大微電子模擬電路模擬電路是指處理連續(xù)性的光浙大微電子模擬電路產(chǎn)品特點(diǎn)品種多、生命周期長、技術(shù)含量高、輔助設(shè)計工具少、測試周期長。數(shù)字IC強(qiáng)調(diào)運(yùn)算速度與成本，模擬IC強(qiáng)調(diào)高信噪比、低失真、低功耗和穩(wěn)定性。主要的工藝有CMOS，BiCMOS和BCD工藝，在高頻領(lǐng)域還有SiGe和GaAs工藝。模擬電路市場增長穩(wěn)定，波動小，企業(yè)一般擁有持續(xù)獲利的前景。TI、ST、NXP、Infineon和ADI一直占據(jù)著全球五大供應(yīng)商位置。75/52浙大微電子模擬電路產(chǎn)品特點(diǎn)品種多、生命周期長、技術(shù)含量高、輔浙大微電子二、專用集成電路及其發(fā)展趨勢新電路的設(shè)計與實(shí)現(xiàn)對已有電路或系統(tǒng)的集成改造體積縮小重量減輕性能提高成本降低保密性增強(qiáng)ASIC的發(fā)展以及IP核的復(fù)用技術(shù)，促成了SoC(SystemonaChip)的問世以及SiP(Systeminapackage)概念的提出。76/52浙大微電子二、專用集成電路及其發(fā)展趨勢新電路的設(shè)計與實(shí)現(xiàn)23PDP數(shù)字電視顯示器行掃描驅(qū)動芯片PDP數(shù)字電視顯示器行掃描驅(qū)動芯片浙大微電子

333整體電路圖高壓輸出高低壓轉(zhuǎn)換移位鎖存78/52浙大微電子333整體電路圖高壓輸出高低壓轉(zhuǎn)換移位鎖存25/浙大微電子高壓輸出電路部分79/52浙大微電子高壓輸出電路部分26/52浙大微電子

高低壓轉(zhuǎn)換接口電路80/52浙大微電子高低壓轉(zhuǎn)換接口電路27/52浙大微電子

移位寄存器和鎖存器81/52浙大微電子移位寄存器和鎖存器28/52浙大微電子整體版圖ABC82/52浙大微電子整體版圖ABC29/52浙大微電子高壓輸出電路版圖A83/52浙大微電子高壓輸出電路版圖A30/52浙大微電子高低壓轉(zhuǎn)換接口部分的版圖B84/52浙大微電子高低壓轉(zhuǎn)換接口部分的版圖B31/52浙大微電子移位寄存器和鎖存器版圖C85/52浙大微電子移位寄存器和鎖存器版圖C32/52浙大微電子移位寄存器和鎖存器的放大版圖（1千倍）86/52浙大微電子移位寄存器和鎖存器的放大版圖（1千倍）33/52浙大微電子三、常用半導(dǎo)體制造工藝IC制造工藝數(shù)字IC電路（CMOS工藝）模擬IC電路（Bipolar工藝、CMOS工藝）數(shù)?；旌闲盘朓C電路（CMOS、BiCMOS工藝）功率IC電路（BCD工藝，SOI工藝）ASIC制造常用工藝（um）標(biāo)準(zhǔn)CMOS工藝(0.5,0.35,0.18,0.13,65nm)87/52浙大微電子三、常用半導(dǎo)體制造工藝IC制造工藝34/52浙大微電子Bipolar/CMOS/DMOS/SOI工藝

CMOSDMOSSOIBipolar88/52浙大微電子Bipolar/CMOS/DMOS/S浙大微電子四、ASIC設(shè)計流程特殊器件的設(shè)計流程(Device工藝)模擬電路設(shè)計流程(Analog工藝)數(shù)字電路設(shè)計流程（Logic工藝）數(shù)/?；旌想娐吩O(shè)計流程(Mixed-signal工藝)89/52浙大微電子四、ASIC設(shè)計流程特殊器件的設(shè)計流程(Devi浙大微電子特殊器件的設(shè)計流程90/52浙大微電子特殊器件的設(shè)計流程37/52浙大微電子常用的TCAD軟件工具

所屬公司工藝仿真器件仿真特點(diǎn)SynopsysTsuprem4Medici國內(nèi)業(yè)界廣泛使用ISE(瑞士)被Synopsys公司收購DIOSMDRAW，器件生成DESSIS，器件仿真國外業(yè)界廣泛使用SILVACOAthenaAtlas圖形界面操作簡單易學(xué)SentaurusSynopsysProcessStructureEditorDevice提供模型參數(shù)數(shù)據(jù)庫和小尺寸模型

91/52浙大微電子常用的TCAD軟件工具所屬公司工藝仿真器件仿真特浙大微電子

模擬IC設(shè)計流程92/52浙大微電子模擬IC設(shè)計流程39/52浙大微電子

公司CadenceSynopsysMentorGraphicsSpringSoft電路圖仿真SpectreHspice版圖繪制Virtuoso版圖驗(yàn)證及參數(shù)提取DivaDraculaCalibreLaker模擬集成電路設(shè)計常用工具93/52浙大微電子公司CadenceSynopsysMentor浙大微電子前端設(shè)計

數(shù)字IC設(shè)計流程94/52浙大微電子前端設(shè)計數(shù)字IC設(shè)計流程41/52浙大微電子后端設(shè)計95/52浙大微電子后端設(shè)計42/52浙大微電子數(shù)字集成電路設(shè)計常用工具

公司CadenceSynopsysMentorGraphicsSpringSoft邏輯仿真NC-SimVCSModelsim邏輯綜合Design-compiler布局布線SEEncounterAstroLaker時序驗(yàn)證Pearl可測性設(shè)計DFT-CompilerTetraMAX96/52浙大微電子數(shù)字集成電路設(shè)計常用工具公司CadenceSy浙大微電子五、ASIC設(shè)計需關(guān)注的主要數(shù)據(jù)規(guī)模(元件數(shù)/芯片)–

1000萬晶體管/Die,100門/Die芯片面積(mm2)–

1-100mm2硅片直徑(mm)–20mm(8英寸)/wafer特征線寬(μm)

–0.18μm,65nm/CD工作電壓(V)

–3.3V,1.8V,1.2V,0.8V,0.5V功耗（mW）–16mW,1.3mW,6.5mW速度（MHz）

–

高速電路(數(shù)字),時鐘800MHz頻率（GHz）

–

射頻電路(模擬),2.4GHz,6GHz速度功耗積/綜合性能指標(biāo)FOM--1pJ/單位量化電平溫度特性（PPM）--民品、工業(yè)品、軍品溫度范圍管腳數(shù)（只）--牽涉到芯片面積、封裝類型及成本97/52浙大微電子五、ASIC設(shè)計需關(guān)注的主要數(shù)據(jù)規(guī)模(元件數(shù)/芯片浙大微電子六、ASIC成本每個芯片(chip)的成本可用下式估算:

總成本=設(shè)計成本+光罩成本+制造成本

(暫不考慮封裝測試成本)其中Ct