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1、 本文由xk贡献 pdf文档可能在WAP端浏览体验不佳。建议您优先选择TXT，或下载源文件到本机查看。 固态电路设计的未来：融合与健康 2004 年2008 年 ISSCC 论文统计预见 李文石 1,2,3 1 苏州大学电子信息学院微电子学系 苏州 中国 2 东南大学国家专用集成电路系统工程技术研究中心 南京 中国 3 东北大学大学院生物工程与机器人学系先进生物纳米器件实验室 仙台 日本 摘 要：针对集成电路设计技术的前瞻预测问题，主要信息源采用 2004 年2007 年度的 IEEE 国际 固态电路会议技术论文集，分析基本统计数据，总结当前技术成果，提炼新兴发展趋势，综合国际 级设计专家的技
2、术预测，最后，应用图解与公式建模，预见集成电路设计技术的未来方向。 关键词：集成电路，设计，统计，预测 0 引言 研究的精神漫跑的高级哲学，就是针对任何未知问题，都沿着三个不同的解决方案路径，寻找 收敛于同一结果的目的地（Otto Schmitt, 1979） 。 硅工业迅跑的新范式的未来，不是被预测出来的，而是被创造出来的，最终指向人脑的完全模 拟（Chang-Gyu Hwang, 2006.12.11） 。 作者利用在日本东北大学做访问研究员的合作机会， 比较研究了 2004 年2007 年的 IEEE 国际 固态电路会议技术论文集，吸纳提取了文献精华，集成创作了本文。应中国集成电路杂志之
3、约， 奉献给祖国的微纳电子学界的技术专家与青年学者。 感谢江苏省教育厅 2005 年海外留学基金的资助，感谢苏州市 2006 年科技发展计划项目“集成 电路核心技术自主创新进程预测” （编号：ZR0601）的经费支撑。 论文组织包括 6 部分：标题 1 面向 2010 年讨论完美技术论文的参考标准，标题 2 中比较统计 了 2004 年2007 年的 ISSCC 论文集，预测了 2008 年的 ISSCC 论文总趋势，简介 IC 设计技术的最 近演进成就（标题 3） ，汇集归纳专家论坛观点（标题 4） ，通篇总结理论预见放在标题 5 中，应用 图解并且建立模型。 笔者总的统计预见结论，已经概括
4、在本文标题之中。 1 完美论文标准 2010 年的 ISSCC 将会录用怎样的技术创新与规范论文？！ 针对某一具有比较常规功能的电路，提出一个新的电路框架，引入一个非常巧妙的晶体管级设 计技巧，给出完备的电路特性测量结果数值，其超过旧有解决方案的关键指标多达 10dB，所有此类 由研究生撰写的目标清晰的技术论文，都可以讲授于世界技术论坛。任何国际会议的组织专家、参 加学者与工程师，必将拭目以待此类新技术的涌现（Axel Thomsen, Silicon Laboratories, 2005） 。 2 文献比较统计 通过汇总与计算得到表 1表 3，分别显示、比较和揭示新世纪开篇的集成电路设计的演
5、进规律 概貌。 2.1 表 1 趋势分析 （1）工业界的论文贡献在下降，学术界的论文贡献在上升。2006 年是个转折点，学术界的论 1 文数量超过了工业界，这是总计举办 54 届 ISSCC 以来的首次。 （2）2008 年的未知数据推算方法： 数据预测推算公式 =（前 4 年的平均数）*（1平均变化率） 。 表 1 2004 年2008 年 ISSCC 年度主题、论文录用与论文来源比较 年度主题 年度 2004 2005 2006 2007 2008 主题 联结世界的嵌入式系统 进入纳米集成电路时代 手机世界的多媒体技术 四维度的集成电路创新 生命与时尚的系统集成 论文录用 论文数 204
6、233 255 234 242 录用率 44% 40% 38% 28% 32% 论文来源 工业界 74% 59% 46% 49% 49% 学术界 26% 41% 54% 51% 51% 表 1 注 1：2004 年的工业界与学术界的论文来源比重，系笔者统计自论文集中的一次文献。 表 1 注 2：2007 年的论文录用率推算方法： 已知 2005 年和 2006 年的论文投稿增长率分别是 25%和 17%，计算出平均增长率为 21%。推测 2007 年投稿总数为 2006 年投稿数 680 的（1+21%）倍，即是 823 篇，最后，计算得到 2007 年论文 录用率为 234/823 = 28
7、%。 2.2 表 2 趋势分析 （1）论文地域分布趋势为：由北美独领风骚，远东中坚，欧洲稳步，演进为，欧洲崛起，美 亚欧三分天下局面。 （2）专家地域分布趋势为：北美独领风骚，远东中坚，欧洲稳步。 表 2 2004 年2007 年 ISSCC 论文与专家地域分布比较 年度论文 年度 2004 2005 2006 2007 论文数 204 233 255 234 论文地域分布 北美 41% 43% 45% 39% 远东 33% 34% 32% 31% 欧洲 25% 23% 23% 30% 专家数 173 146 173 181 专家地域分布 北美 57% 42% 43% 44% 远东 26% 3
8、2% 33% 32% 欧洲 17% 26% 24% 24% 表 2 注 1：2004 年的专家地域分布比率，系笔者计算自该年度会议的专家委员会名单（总人数 为 196） 。 2.3 表 3 趋势分析 （1）统计专题技术论文进入 SHMOO 图（年度/专题号/专题名/篇数） ，关键技术浮沉其中。 （2）热点技术趋势包括： “无线一切”“数字一切”“模拟亚系统集成” ！ ！ ，等等。 （3）新兴技术的成长路标指向生物医学微系统！其核心技术首先就是：实现器件与神经互连 接口的新器件与新电路。 表 3 2004 年2007 年 ISSCC 专题论文基本数据 SHMOO 图比较 专题 序号 1 2 3
9、2004 年 专题论文数 全会报告/3 非挥发性存储器/7 处理器/7 2005 年 专题论文数 全会报告/3 非挥发性存储器/7 背板收发器/7 2006 年 专题论文数 全会报告/3 生物医学系统/7 过采样模数转换器/8 2007 年 专题论文数 全会报告/3 光通信/9 趋势： 新器件与电路/7 专题 序号 1 2 3 2 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 专题 序号 过采样 模数转换器/8 无线局域网收发器/8 成像/8 技术方向： 等比例缩小趋
10、势/8 数字系统的电路/7 兆位收发器/7 手机系统及其子模块/8 动态随机存储器/8 生物微系统/6 高速数字电路与多兆位/秒的 输入/输出口/9 高速模数转换器/7 无线消费电子学 集成电路/8 技术方向： 新技术与电路/8 微机电系统与 传感器/7 消费电子学 信号处理/7 时钟产生与分配/8 数模转换器/8 射频集粹/11 数字订户线与 多兆位/秒的输入输出口/7 通道编码/7 技术方向： 无线趋势：低功耗与 60 GHz/8 高分辨率 奈奎斯特模数转换器/8 光与快输入/输出口/10 静态随机存储器/9 混合域系统/7 无线局域网收发器/8 高速与过采样 数模转换器/8 多媒体处理/
11、7 高速链接电路与 时钟发生器/7 开关电容-调制器/7 微处理器与 信号处理/8 超宽带解决方案/9 光通信/8 传感器/8 低功耗无线通信与 先进集成/9 模数转换器、直流参考 电压源与转换器/7 时钟分配与功率管理/7 射频手机集成电路/9 高速互连及其子模块/8 成像器/10 处理器子模块/7 射频趋势： 片上集成与毫米波/9 锁相环、锁延迟环与 压控振荡器/7 消费应用的无线接收器/7 基带处理/7 动态存储器/7 静态存储器/8 滤波器与连续时间 -转换器/8 时钟设计与 输入/输出口/9 射频技术/10 显示与生物传感器/7 海量存储/3 先进阵列结构/3 兆位收发器/8 处理器
12、/7 超带宽收发器/8 非挥发性存储器/7 动态随机存储器与三进制 内容可寻址存储器/7 显示驱动器/3 毫米波与更高频/5 射频子模块与 锁相环/10 奈奎斯特 模数转换器/8 光通信/9 基带与通道处理/8 有机器件与电路 8 微机电系统与 传感器/9 射频识别与 射频方向/8 时钟与数据恢复/8 模拟技术/8 无线局域网与 无线个域网/8 先进时钟、逻辑与 信号设计技术/7 低功耗多媒体/7 技术与架构方向/8 高性能数字电路/7 射频/媒介频率电路/8 手机子模块与 系统芯片/10 图像传感器/9 有线通信子模块/10 功率管理与分配/8 硅基生物学/6 甚高速模数与 数模转换器/9
13、锁相环、压控振荡器 与分频器/9 手机电视/7 静态随机存储器/6 2006 年 专题论文数 射频子模块/8 微处理器/7 超带宽与 毫米波通信系统/8 显示电子学/7 生物医学器件/9 时钟设计/7 毫米波收发器与 子模块/8 电视机调谐器/ 射频识别/7 兆位时钟和数据恢复 及平衡器/7 -模数转换器与 转换器技术/7 基带信号处理/7 多媒体与 并行信号处理器/7 功率分配与管理/7 模拟技术与 锁相环/9 静态随机存储器/6 手机与多模收发器/9 趋势： 芯片间距数据与 功率发射/7 传感器与 微机电系统/8 数字电路创新/9 宽带射频与雷达/8 多兆位/秒的 收发器/7 奈奎斯特 模
14、数转换技术/9 非挥发性存储器/6 动态随机存储器 与其嵌入式/6 图像传感器/8 模拟与 功率管理技术/9 高速收发器子模块/9 无线局域网/蓝牙/4 趋势： 无线系统技术/8 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 专题 序号 2004 年 专题论文数 2005 年 专题论文数 2007 年 专题论文数 3 技术演进成就 只要为物理定律所允许，集成电路持续缩微的特征尺寸，至少是 30nm 节点，也或 20nm10nm （Gordon E. Moore, Ni
15、kkei Electronics, 2005.5.23） 。 表现为摩尔定律的继续外延，本质是市场之手推动着集成电路的创造、制造与应用，从微电子 学时代走入纳米电子学时代。 3 如下从 2004 年开始， 4 步/年展现由 ISSCC 这一世界顶级 IC 设计橱窗/舞台所秀出的 IC 之光。 分 3.1 2004 年 ISSCC 技术进步要点 沿着摩尔定律里程碑， 追求更高性价比的集成电路设计技术， 汇聚成为联结世界的嵌入式系统。 90nm CMOS 工艺实现： GHz x86 CPU；4 Gb 4 级 NAND 闪存；7 GHz 低压摆率整数核。 0.13m CMOS 工艺实现：双核 CPU，应用 SOI 技术，温控管理；800 mW 10 Gb 以太网收发 器，共振缓冲；108 Gb/s 4:1 多路复用器（SiGe 双极工艺） 通道异步数字订户线模拟前端；全数 ；4 字锁相环，应用于发射器。 0.18m CMOS 工艺实现：蓝光碟记录头前端处理器，带局部响应最大可能控制；4 Mb 非挥发 toggle MRAM；1.6 GS/s (800 MS/s 双通道) 折叠插值 ADC，透明放大校准；15b 40 MS/s 流水线 ADC，静动态误差后台校准；14b 1.4 GS/s DAC，电流操纵架构；全集成多制式 802.11a/b/b/g 收发 器；-调制器，10
