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1、江苏专转本计算机12第一章微电子技术与通信技术ppt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。 第1章 微电子技术与通信技术 章 电子信息技术 现代信息技术的特点: 现代信息技术的特点: 的特点 子技术: 采用电(光)子技术: 采用电 采用 以计算机为基础(computer_based) 为基础( 以计算机为基础 computer_based) 以软件为核心(software_centric) 为核心( 以软件为核心 software_centric) 现代信息技术领域: 现代信息技术领域: 微电子,通信,广播,计算机, 微电子, 微电子 通信,广播,计算机
2、, 遥感遥测,自动控制,机器人等 遥感遥测,自动控制, 信息技术三大基础技术 信息技术三大基础技术 1. 微电子技术 微电子技术集成电路 集成电路 技术 2. 通信技术 通信系统 通信技术 通信系统 3. 计算机技术 计算机技术 技术数字技术 数字技术 1.1 微电子技术 1.1.1 微电子技术与集成电路 微电子技术: 微电子技术: 集成电路为核心的微电子技术是在电子电 以集成电路为核心的微电子技术是在电子电 路和系统的超小型化和微型化过程中逐渐形成和 路和系统的超小型化和微型化过程中逐渐形成和 超小型化 发展起来的. 发展起来的. 电子电路使用的基础元件的演变: 电子电路使用的基础元件的演变
3、: 元件的演变 真空电子管 晶体管 中小规模集成电路 大规模超大规模集成电路 电子电路使用的基础元件的演变 真空电子管 在这个阶段产生了广播, 在这个阶段产生了广播,电 无线电通信,仪器仪表, 视,无线电通信,仪器仪表,自 动化技术和第一代 第一代电子计算机 动化技术和第一代电子计算机 晶体管 1948年发明,再加上印制电 年发明, 年发明 路组装技术的使用, 路组装技术的使用,使电子电路 在小型化方面前进了一大步, 在小型化方面前进了一大步,产 生了第二代 第二代计算机 生了第二代计算机 电子电路使用的基础元件的演变 集成电路 集成电路(Integrated Circuit, , 简称IC)
4、: 简称 : 这是20世纪 年代出现,以 这是 世纪50年代出现, 世纪 年代出现 半导体单晶片作为材料 作为材料, 半导体单晶片作为材料,经平面 工艺加工制造, 大量晶体管, 工艺加工制造,将大量晶体管, 电阻等元器件及互连线构成的电 电阻等元器件及互连线构成的电 子线路集成在基片上,构成的一 子线路集成在基片上, 个微型化的电路或系统. 微型化的电路或系统. 现代集成电路使用的半导体 材料通常是硅 材料通常是硅(Si),也可以是化 ,也可以是化 如砷化镓(GaAs)等. 合物半导体如砷化镓 等 合物半导体如砷化镓 集成电路的特点是:体积小,重 集成电路的特点是 体积小, 特点 量轻,可靠性
5、高. 量轻,可靠性高. 小规模集成电路 超大规模集成电路 集成电路的规模 根据所包含的晶体管数目分为: 根据所包含的晶体管数目分为: 集成电路规模 小规模集成电路(SSI) 规模集成电路( ) 中规模集成电路(MSI) 规模集成电路( ) 大规模集成电路(LSI) 规模集成电路( ) 超大规模集成电路( 超大规模集成电路(VLSI) 规模集成电路 ) 极大规模集成电路( 极大规模集成电路(ULSI) 规模集成电路 ) 集成度(个电子元件) 集成度(个电子元件) 100万 万 集成电路分类 根据所用晶体管结构,电路和工艺分为: 根据所用晶体管结构 电路和工艺分为 所用晶体管结构, 分为: 双极型
6、( 双极型(Bipolar)集成电路 ) 金属-氧化物-半导体(MOS) 集成电路 金属-氧化物-半导体 双极-金属-氧化物-半导体集成电路(Bi-MOS)等 双极-金属-氧化物-半导体集成电路( 等 集成电路 根据集成电路的功能分为: 根据集成电路的功能分为: 集成电路的功能分为 数字集成电路 如逻辑电路,存储器,微处理器, 集成电路(如逻辑电路 数字集成电路 如逻辑电路,存储器,微处理器, 微控制器,数字信号处理器等) 微控制器,数字信号处理器等 模拟集成电路 又称为线性电路,如信号放大器, 集成电路(又称为线性电路 模拟集成电路 又称为线性电路,如信号放大器, 功率放大器等) 功率放大器
7、等 根据用途分为: 根据用途分为: 用途分为 通用集成电路 通用集成电路 专用集成电路 集成电路( 专用集成电路(ASIC) ) 微电子技术与集成电路 集成电路芯片 是微电子技术的结晶 , 它们是 集成电路芯片是微电子技术的结晶 集成电路芯片 是微电子技术的结晶, 计算机的核心. 计算机的核心. 微电子技术与集成电路 集成电路是现代信息产业和信息社会的基础 集成电路是现代信息产业和信息社会的 是现代信息产业和信息社会的基础 集成电路是改造和提升传统产业的核心技术 是改造和提升传统产业的核心技术 集成电路是改造和提升传统产业的 2000年世界半导体产值达 年世界半导体产值达2000亿美元 亿美元
8、 年世界半导体产值达 电子信息产品市场总额超过1万亿美元 电子信息产品市场总额超过 万亿美元 据预测:未来十年内世界半导体的年平均增长 据预测: 率将达15%以上,2010年全世界半导体的年销 以上, 率将达 以上 年全世界半导体的年销 售额可达到60008000亿美元 , 将支持 亿美元, 售额可达到 亿美元 将支持45万 万 亿美元的电子装备市场. 亿美元的电子装备市场. 集成电路的制造 集成电路的制造: 多道工序 集成电路的制造:400多道工序 硅平面工艺 硅衬底 晶圆 剔除,分类 剔除, 芯片 封装 集成电路 成品测试 成品 集成电路的发展趋势 集成电路的工作速度 集成电路的工作速度
9、主要取决于组成逻辑门电路的晶体管的尺寸 晶体管的尺寸, 主要取决于组成逻辑门电路的晶体管的尺寸, 晶体管的尺寸越小,其极限工作频率越高, 晶体管的尺寸越小 ,其极限工作频率越高, 门 电路的开关速度就越快.芯片上电路元件的线 电路的开关速度就越快 . 芯片上 电路元件的线 越细, 条 越细, 相同面积的晶片可容纳的晶体管就越 多,功能就越强,速度也越快. 功能就越强,速度也越快. 集成电路的发展趋势 提高集成度,关键在缩小门电路面积 提高集成度, 集成电路特点:体积小,重量轻,可靠性高 集成电路特点:体积小,重量轻, Moore定律 Moore定律 单块集成电路的集成度平均每18 个月 个月翻
10、一 单块集成电路的集成度平均每 24个月翻一 番 Gordon E.Moore,1965年 Gordon E.Moore,1965年 Intel公司创始人 Intel公司创始人 集成电路的发展趋势 Intel公司 年来微处理器集成度的发展 公司30年来微处理器集成度的发展 公司 晶体管数 Pentium 4 Pentium III 10,000,000 100,000,000 Pentium II Pentium 1,000,000 80386 80286 80486 100,000 8086 8080 8008 4004 10,000 1,000 1970 1975 1980 1985 19
11、90 1995 2000 集成电路技术的发展趋势 年度( 年度(年) 工艺( m) 工艺(m) 晶体管(M) 晶体管( 面积( 面积(mm2) 连线层数 晶圆直径(mm 晶圆直径 mm) mm 引脚数目 功耗( 功耗(w) 1999 0.18 23.8 340 6 300 700 90 2001 0.13 47.6 1.6 340 7 300 2004 0.09 135 2.0 390 8 350 957 130 2008 0.06 539 2.655 468 9 400 2014 0.014 3500 10 901 10 450 3350 183 时钟频率(GHz) 1.2 时钟频率( 集成
12、电路的发展趋势 目前集成电路生产的主流技术: 目前集成电路生产的主流技术: 12吋晶圆 , 0.18微米工艺 , 并正在向 14 吋晶圆 , 吋晶圆, 微米工艺, 14吋晶圆 吋晶圆 微米工艺 并正在向14 吋晶圆, 09微米工艺过渡 0.09微米工艺过渡 Intel P4:已采用0.13m工艺制造生产 已采用0 13m工艺制造生产 m AMD:有采用0.13m工艺制造生产的CPU AMD:有采用0 13m工艺制造生产的CPU m工艺制造生产的 1(m微米)= 1/1,000,000(米) m微米)= 1/1,000,000( 微米 美国半导体协会(SIA)预测,到2010年将能达到 美国半导
13、体协会(SIA)预测, 2010年将能达到 (SIA)预测 18吋晶圆和0.070.05微米的工艺 吋晶圆和0.07 微米的工艺. 18吋晶圆和0.070.05微米的工艺.在未来十 年时间里,集成电路的技术还将继续遵循Moore 年时间里,集成电路的技术还将继续遵循Moore 定律得到进一步的发展 集成电路的发展趋势 光子计算机 光能够像电一样来传递 信息,甚至效果更好. 信息,甚至效果更好.而 且,更重要的一个特点在 于它不会和周围环境发生 相互干扰的作用. 相互干扰的作用.因为当 电子计算机芯片越来越趋 向于0.18m 0.18m时 向于0.18m时,就会产生 很多的问题,而光子计算机 很
14、多的问题, 就可以避免. 就可以避免. 集成电路的发展趋势 量子计算机 是运用量子力学来设计的, 量子力学来设计的 这是运用量子力学来设计的, 它们的特点是其潜在的运算速度将 更大于电子计算机.从理论上说, 更大于电子计算机.从理论上说, 它们的速度提高可以说是没有止境 的,因为量子计算技术可以在同一 时间内执行各种操作, 时间内执行各种操作,同时有足够 的能力来完成现在电子计算机还很 难完成的任务, 难完成的任务,比如说完成密码的 破译和语音的识别等等.因此, 破译和语音的识别等等.因此,欧 洲已经成立了量子计算机研究所, 洲已经成立了量子计算机研究所, 现在估计, 现在估计,量子计算机可能
15、会在今 后的十五年左右出现. 后的十五年左右出现. 图为一种可瞬间进 行图像数据计算的 光电计算机 集成电路的发展趋势 分子计算机 现在已经开发出来一种能 够由氮气和二氯化碳来开动和 闭关的分子计算机, 闭关的分子计算机,这种超高 速的微型计算机离现实已经很 近了. 近了.这种技术将会导致只需 要利用立体和光线就能够产生 新的, 新的,甚至能够思考的计算机 来解决目前晶体管的物理局限, 来解决目前晶体管的物理局限, 使得未来的计算机的功能大大 的增加,尺寸大大的缩小. 的增加,尺寸大大的缩小. 集成电路的发展趋势 生物计算机 实际上就是随着生物技术的发展, 实际上就是随着生物技术的发展,人们将模仿人的 大脑制造一种用基因学的机制来开发的新一代计算机. 基因学的机制来开发的新一代计算机 大脑制造一种用基因学的机制来开发的新一代计算机. 现在生物计算机的模型已经出来. 现在生物计算机的模型已经出来.以色列的科学家
