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1、第二讲专用集成电路概念及设计流程浙大微电子韩 雁2011年2月28日层烽坪勤弃冉檄乖俊敖愿趣易辕颜嫉一靳哈婉投液皆琼光誉阀皖疮轧缴息第二讲专用集成电路概念与设计流程第二讲专用集成电路概念与设计流程专用集成电路(IC)概念通用集成电路:市场上能买到的 IC专用集成电路 (ASIC)市场上买不到、需要自己设计实现的 IC膳列谢寂喊漆坷私撰窄世半葡穴崇慕溜生揣苞啃亭氓灵纶锥妮郊据纸炼谎第二讲专用集成电路概念与设计流程第二讲专用集成电路概念与设计流程2浙大微电子浙大微电子半导体产业的主要产品分类半导体产业的主要产品分类分为四大类：分为四大类： 集成电路，分立器件，光电器件、传感器集成电路，分立器件，光
2、电器件、传感器 05-07年全球半导体产品销售比例年全球半导体产品销售比例200520062007集成集成电路路( IC, 通用、通用、专用用)84.884.585.4分立器件分立器件(Discrete)7.16.76.4光光电器件器件(Optoelectronic)6.1 6.66.3%传感器感器 (Sensors)2.02.21.9某隙洁匪阜楷茂挟廉蒸坚戌肪鬼惊斋炮晴幼薄还蟹虫锗溅冻牌念兢保聊传第二讲专用集成电路概念与设计流程第二讲专用集成电路概念与设计流程3浙大微电子浙大微电子一、通用集成电路的四种产品形态一、通用集成电路的四种产品形态IC 产业主要以四大类产品的形态存在产业主要以四大类
3、产品的形态存在1.微器件（微器件（Micro Device）2.存储器（存储器（Memory）3.逻辑电路（逻辑电路（Logic）4.模拟电路（模拟电路（Analog）技求铅厚戴圈易伤空眉斟骗寸撅拧砌躲枕鼎春暇驰纤朱控审禹纷退晤松极第二讲专用集成电路概念与设计流程第二讲专用集成电路概念与设计流程4浙大微电子浙大微电子1. 微器件微器件（Micro Device）微器件由三部分器件构成微器件由三部分器件构成1.1 微处理器（微处理器（MPU） 通用型通用型、嵌入式嵌入式1.2 微控制器（微控制器（MCU） 4、8、16、32位1.3 数字信号处理器（数字信号处理器（DSP） 通用型通用型、嵌入式
4、嵌入式锯盈娠豢麓泌声睫现六锯傲怕斥缓敲坐韩旗对豢泪颊针船爆茁无嗽然钨辈第二讲专用集成电路概念与设计流程第二讲专用集成电路概念与设计流程5浙大微电子浙大微电子1.1 微处理器微处理器（MPU） 通用型通用型微处理器微处理器PC机或工作站、服务器等的机或工作站、服务器等的CPU，具有具有 高垄断、高技术、高利润、高风险高垄断、高技术、高利润、高风险 等特征。等特征。 嵌入式型嵌入式型微处理器微处理器嵌入式嵌入式CPU的基础是通用型的基础是通用型CPU，本质上与，本质上与通用通用CPU的区别不大，只是在各种不同的应的区别不大，只是在各种不同的应用中仅保留与具体应用有关的功能，去除冗用中仅保留与具体应
5、用有关的功能，去除冗余的功能。余的功能。森冗识除吏嗓豢包阑前固扣观馈敷镶欢渤蘸掉饱泰弯久泡彝绑瞻牺沥楔嫌第二讲专用集成电路概念与设计流程第二讲专用集成电路概念与设计流程6浙大微电子浙大微电子通用型微处理器通用型微处理器高垄断：高垄断：整个行业的整个行业的PC市场基本被市场基本被Intel、AMD两家所控两家所控制，制，Sun、IBM等少数公司只能分享工作站与服务器领域等少数公司只能分享工作站与服务器领域的一部分市场。的一部分市场。高技术：高技术：通用通用CPU强烈追求功能的强大和频率的提高，强烈追求功能的强大和频率的提高， 对最先进的对最先进的IC工艺需求十分迫切，高端工艺需求十分迫切，高端C
6、PU已进入已进入45 nm工艺制程。继续缩小加工尺寸将遇到漏电流增大及互连线工艺制程。继续缩小加工尺寸将遇到漏电流增大及互连线延时问题，因而转向通过改变体系框架发展多核延时问题，因而转向通过改变体系框架发展多核CPU来达来达到目标。到目标。高利润：高利润：以以Intel处理器为例，其产品享受着处理器为例，其产品享受着3040%的高的高额利润，而像戴尔这样的计算机公司，却只有额利润，而像戴尔这样的计算机公司，却只有5的利润。的利润。高风险：高风险：高技术意味着新的企业如果想进入这个行业，必高技术意味着新的企业如果想进入这个行业，必然承受高风险这个代价。然承受高风险这个代价。代违侯碑躲挡位有害糜熬
7、饲货龙雪锄罕诅志淬茹浇顽劳带湘裙碾毫温卡鸡第二讲专用集成电路概念与设计流程第二讲专用集成电路概念与设计流程7浙大微电子浙大微电子嵌入式嵌入式CPU嵌入式嵌入式CPU主要用于消费类家电、汽车电主要用于消费类家电、汽车电子、工业设备等，是一个应用高度分散，子、工业设备等，是一个应用高度分散，不断创新的产业。不断创新的产业。与通用与通用CPU领域的领域的“独大独大”局面不同，嵌局面不同，嵌入式入式CPU呈现的是一个百家争鸣的形态。呈现的是一个百家争鸣的形态。与通用型与通用型CPU主要使用主要使用x86或或PowerPC两两类核心架构相比，嵌入式类核心架构相比，嵌入式CPU常见的核心常见的核心架构还包
8、括架构还包括MIPS、ARM、SuperH等等。炔肇华霹珠跃茁试名仰祭浸蚀袍歧加篮苏许发匡巷匠畜舜胰蛊突漾诈器看第二讲专用集成电路概念与设计流程第二讲专用集成电路概念与设计流程8浙大微电子浙大微电子1.2 微控制器（微控制器（MCU） MCU是各种自动控制系统的核心，是最早的SoC，它将CPU、RAM、ROM、定时器、I/O接口和外围电路整合在单一芯片上，形成系统级芯片。对系统的显示器、键盘、传感器显示器、键盘、传感器等外围进行控制。市场的产品生命周期很长（汽车中3到10年，家电中5年）。运用的软件及操作系统也不太会更换，这些都有别于MPU市场。屡凿双歪项盼菩仕枯樟吁虎那恬萤撂磷窥哗分帽扇液屠
9、煌索抓荚初芳矿镶第二讲专用集成电路概念与设计流程第二讲专用集成电路概念与设计流程9浙大微电子浙大微电子 4、8、16、32位元位元MCU市场出货量市场出货量数据来源：In-Stat，2006咖秉点毒旅忆呼蹈伺迫姥屡猴移吁焚岿彪圭肛寄论坟怀往娶寄获禽碳谚勒第二讲专用集成电路概念与设计流程第二讲专用集成电路概念与设计流程10浙大微电子浙大微电子1.3 数字信号处理器（数字信号处理器（DSP）与微处理器分类一样，与微处理器分类一样，DSP也分为也分为通用通用DSP与与嵌入式嵌入式DSP两类两类。通用通用DSP的主要市场在于通信应用。的主要市场在于通信应用。嵌入式嵌入式DSP则应用广泛，包括则应用广泛
10、，包括DVD播放机、播放机、机顶盒、音视频接收设备、机顶盒、音视频接收设备、MP3播放器、数播放器、数码相机和汽车电子等。码相机和汽车电子等。泛娇衣傍伏矗柴膏胚戍话弧时坟宾卧瞩瘤蝴酒脏牙汗墟粒捅次海拙枢渡雍第二讲专用集成电路概念与设计流程第二讲专用集成电路概念与设计流程11浙大微电子浙大微电子2.存储器（存储器（Memory） 主要包括主要包括DRAM和和Flash（闪存）（闪存）两大类产品。两大类产品。最为体现半导体先进制程和经营规模效应的产品。最为体现半导体先进制程和经营规模效应的产品。是一种最通用的商品，价格对供求变化的敏感性非是一种最通用的商品，价格对供求变化的敏感性非常高，波动幅度极
11、大。常高，波动幅度极大。资金需求大、工艺技术要求先进，产业变动起伏，资金需求大、工艺技术要求先进，产业变动起伏，不易控制。不易控制。市场特点决定需要很大规模的制造和量产能力，市场特点决定需要很大规模的制造和量产能力，是半导体产业中最不稳定的市场，是制造商和投资是半导体产业中最不稳定的市场，是制造商和投资者眼中的高风险业务。存储器制造厂商经营压力沉者眼中的高风险业务。存储器制造厂商经营压力沉重，但效益也是半导体产业中最高的。重，但效益也是半导体产业中最高的。刚朝两镭脊摆靳推舅盯蹲镣善征秽刮险翠份辑券茵罗摔群笺或摧蹿牛拘驾第二讲专用集成电路概念与设计流程第二讲专用集成电路概念与设计流程12浙大微电
12、子浙大微电子2.1 DRAM DRAM存储器起源于存储器起源于Intel公司，后日本、韩国及公司，后日本、韩国及中国台湾纷纷以此为切入点进入中国台湾纷纷以此为切入点进入IC产业领域，迄产业领域，迄今为止依然是这些国家和地区的主打产品。今为止依然是这些国家和地区的主打产品。因为日本企业的逐渐强大，因为日本企业的逐渐强大，Intel在在1985年宣布退出存年宣布退出存储器领域，转而集中发展微处理器。储器领域，转而集中发展微处理器。因为日本存储器产业的强大，使得因为日本存储器产业的强大，使得1988年日本位居全年日本位居全球半导体产业之首，独占世界市场球半导体产业之首，独占世界市场50以上，并维持以
13、上，并维持 7年之久。年之久。同样因为韩、台在同样因为韩、台在DRAM领域的相继崛起，美国称霸领域的相继崛起，美国称霸微处理器领域，导致日本在世界半导体市场上的地位微处理器领域，导致日本在世界半导体市场上的地位又逐渐下降，近年已仅占又逐渐下降，近年已仅占20。耙虚选稿担馈特包挑肌疽给绿戎椿为叶续痒纲藏歉陋昭钦嘉芳恍减济枯瑞第二讲专用集成电路概念与设计流程第二讲专用集成电路概念与设计流程13浙大微电子浙大微电子DRAM现状现状美国美国 TI、Motorola已完全退出已完全退出DRAM存储器产业，存储器产业，IBM亦淡出，仅剩下全球市占率亦淡出，仅剩下全球市占率第四第四的美光的美光（Micron
14、）独撑大局）独撑大局日本日本 东芝、富士通、日立等均退出东芝、富士通、日立等均退出DRAM市场，日市场，日立与立与NEC整合成立尔必达（整合成立尔必达（Elpida）公司，成为）公司，成为全球全球第五第五大大存储器厂商。存储器厂商。欧洲欧洲 仅剩下德国的英飞凌仅剩下德国的英飞凌(Infineon)，市场占有率，市场占有率2000年年 窜升至第四。窜升至第四。06年剥离其存储器事业部年剥离其存储器事业部门成立门成立Qimonda，为全球，为全球第三第三大大厂。厂。韩国韩国 DRAM位居全球位居全球首位首位。三星蝉联。三星蝉联冠军冠军。现代及。现代及LG合并而成的合并而成的Hynix，是全球，是全
15、球DRAM第二第二大大厂。厂。台湾台湾 也有也有4家公司入围世界家公司入围世界10大大DRAM公司之列。公司之列。壕滴唯惦虽臻整铝农终只哉湛腮蕊啡揍篆质脱烈贤叫泼利呀师育控攀虏佛第二讲专用集成电路概念与设计流程第二讲专用集成电路概念与设计流程14浙大微电子浙大微电子1.2 Flash(闪存闪存) 是一种非易失（非挥发）性存储器，用于是一种非易失（非挥发）性存储器，用于数码相机数码相机MP3移动电话移动电话移动多媒体等移动多媒体等 目前已采用目前已采用45纳米工艺制程，其基本存储单纳米工艺制程，其基本存储单元为叠栅型元为叠栅型CMOS结构。结构。囊隙挚卡剿凳檬甘胃能尊枉选兔越狈靳猪炭开畦值帐铭惊
16、实收役象窥牵伐第二讲专用集成电路概念与设计流程第二讲专用集成电路概念与设计流程15浙大微电子浙大微电子3.逻辑电路逻辑电路逻辑电路扮演着逻辑电路扮演着IC中第一大门类的角色。中第一大门类的角色。提供提供数据通信、信号处理、数据显示、电路接口、数据通信、信号处理、数据显示、电路接口、定时和控制定时和控制操作以及系统运行所需要的其它功能操作以及系统运行所需要的其它功能逻辑电路主要包括逻辑电路主要包括通用逻辑电路（与非、或非、倒相器、通用逻辑电路（与非、或非、倒相器、DFF、MUX）现场可编程逻辑器件（现场可编程逻辑器件（FPLD）数字双极电路数字双极电路逻辑电路逻辑电路 与与存储器存储器、微处理器
17、微处理器 一同构成了三种一同构成了三种 基本的基本的数字电路数字电路类型。类型。荔秤们褪胰卜找啄碾阻深顷晨鳖帐脑趋啸钧蔓径痉蜜烁育陵泵雷季涟诀们第二讲专用集成电路概念与设计流程第二讲专用集成电路概念与设计流程16浙大微电子浙大微电子4.模拟电路模拟电路 模拟电路是指处理连续性的光、声音、温度、速度等自模拟电路是指处理连续性的光、声音、温度、速度等自然模拟信号的集成电路产品。然模拟信号的集成电路产品。 常用模拟常用模拟 IC电源系列（电源系列（AC/DC, DC/DC, LDO ）运算放大器（运算放大器（OPA）比较器（比较器（Comparator）数据转换接口（数据转换接口（ADC, DAC）
18、高速串并转换接口高速串并转换接口功放（功放（PA）模拟滤波器（模拟滤波器（Filter）模拟开关（模拟开关（Switch）驱动驱动IC（Driver）孕盛贴痹饯缕吕煌砷整租牡梅亭募鞘旺烬轴霹挣漫裕贷包刨钟腊兹耐浮堡第二讲专用集成电路概念与设计流程第二讲专用集成电路概念与设计流程17浙大微电子浙大微电子模拟电路产品特点模拟电路产品特点品种多、生命周期长、技术含量高、辅助设计工品种多、生命周期长、技术含量高、辅助设计工具少、测试周期长。具少、测试周期长。数字数字IC强调运算速度与成本，强调运算速度与成本，模拟模拟IC强调高信噪强调高信噪比、低失真、低功耗和稳定性。比、低失真、低功耗和稳定性。主要的
19、工艺有主要的工艺有CMOS，BiCMOS和和BCD工艺，在工艺，在高频领域还有高频领域还有SiGe和和GaAs工艺。工艺。模拟电路市场增长稳定，波动小，企业一般拥有模拟电路市场增长稳定，波动小，企业一般拥有持续获利的前景。持续获利的前景。TI、ST、NXP、Infineon和和 ADI 一直占据着全球一直占据着全球五大供应商位置。五大供应商位置。立氏准涅埂癌灰纪撮坝牺虏虐仔阀网仪契聚咒沦钧目犹丹旧滋凰磐诛键伟第二讲专用集成电路概念与设计流程第二讲专用集成电路概念与设计流程18浙大微电子浙大微电子二、专用集成电路及其发展趋势二、专用集成电路及其发展趋势新电路的设计与实现对已有电路或系统的集成改造
20、体积缩小重量减轻性能提高成本降低保密性增强ASIC的进一步发展，以及IP核的复用技术，促成了SoC (System on a Chip) 的问世以及SiP (System in a package) 概念的提出。 善烂煎柄杜叁忙拼碎丫靡颂糯昔提氟鼠贪茄诺巳紫赡片摈鸳丸袁铁勋织雇第二讲专用集成电路概念与设计流程第二讲专用集成电路概念与设计流程19浙大微电子浙大微电子PDP数字电视显示器行扫描驱动芯片数字电视显示器行扫描驱动芯片憨贵着聪薪伯尚蚀挥慨叹漳氮襟虱老殉松场缅择柔拉肖戌盆芹蔓雕腕卜燕第二讲专用集成电路概念与设计流程第二讲专用集成电路概念与设计流程 333整体电路图整体电路图高压输出高压输出
21、高低压转换高低压转换移位锁存移位锁存又忌蟹春厕格斯筑航初禽远湾环嘿枢苞橡哑钢珊跳镭后早辱儿撤狮拴阵疤第二讲专用集成电路概念与设计流程第二讲专用集成电路概念与设计流程21浙大微电子浙大微电子高压输出电路部分高压输出电路部分籽益陋扼承嚎正邪氯叫昨魔以疯态设悍振鸵漓儒兽疏监貉梢畔搂瓣遇云耳第二讲专用集成电路概念与设计流程第二讲专用集成电路概念与设计流程22浙大微电子浙大微电子 高低压转换接口电路高低压转换接口电路有层丙厉紫怨跪揩盒拇锚歌悟邀市哟其伟素杉充牛谴寻胯是愈玛唤詹堤合第二讲专用集成电路概念与设计流程第二讲专用集成电路概念与设计流程23浙大微电子浙大微电子 移位寄存器和锁存器移位寄存器和锁存器
22、摄艘扯擂哟撮撇墩编囚淹价哈移适盾粒矿木帛尽裴砚斧茨端幽拾困憨劲吧第二讲专用集成电路概念与设计流程第二讲专用集成电路概念与设计流程24浙大微电子浙大微电子整体版图整体版图ABC蔽荚霞变热棚折显翔汉汇挺康盟饼侠蔼陕窟硷绞姨秧戈诲假湾道凸蹲胸僳第二讲专用集成电路概念与设计流程第二讲专用集成电路概念与设计流程25浙大微电子浙大微电子高压输出电路版图高压输出电路版图纱佯灼冬潦振一钢扳督瞬呛纸全面扮味演帜向票都霞锰辟偏聊账日余啸摄第二讲专用集成电路概念与设计流程第二讲专用集成电路概念与设计流程26浙大微电子浙大微电子高低压转换接口部分的版图高低压转换接口部分的版图啦驰磷芹约拖苯眠询蝉饿寄荒鼻矛残潘淤佛巴苞
23、腑墒澜车堰租叛愉涧疟店第二讲专用集成电路概念与设计流程第二讲专用集成电路概念与设计流程27浙大微电子浙大微电子移位寄存器和锁存器版图移位寄存器和锁存器版图狗兆荔慢蒂拥瘫务皱胶号彭悦涛您疹腥优灭哟万拍牙秀治错荫酿汰师二卤第二讲专用集成电路概念与设计流程第二讲专用集成电路概念与设计流程28浙大微电子浙大微电子移位寄存器和锁存器的放大版图（移位寄存器和锁存器的放大版图（1千倍）千倍）师阑幻粳熏牌爷肿脾膜熏柞豫寺额茬懒剃昭霖待皱将滓订铆律秸乘慷塔症第二讲专用集成电路概念与设计流程第二讲专用集成电路概念与设计流程29浙大微电子浙大微电子三、常用半导体制造工艺IC制造工艺数字IC电路（ CMOS工艺）模拟
24、IC电路（Bipolar工艺、CMOS工艺）数模混合信号IC电路（ CMOS、BiCMOS工艺）电源相关功率IC电路（ BCD工艺）ASIC制造常用工艺（um）标准CMOS工艺（0.5，0.35，0.25，0.18，0.13）使拐随拂待桶三恍钵韧魏徐昧翘淬寞傅糠畜蹭括狄员四剿姑阮文率猜跺衅第二讲专用集成电路概念与设计流程第二讲专用集成电路概念与设计流程30浙大微电子浙大微电子四、ASIC设计流程特殊器件的设计流程 (Device 工艺)模拟电路设计流程 (Analog 工艺)数字电路设计流程（Logic 工艺）数/模混合电路设计流程 (Mixed-signal 工艺)硷界呈瀑初匀沧验恬箍兼近掉
25、嚼琢疏立讳述币锅钳印晴柄纂琼怪寐瘸炊儒第二讲专用集成电路概念与设计流程第二讲专用集成电路概念与设计流程31浙大微电子浙大微电子特殊工艺器件的设计流程沦峙圈顺遵侧祷泳蚀催庐拍隆夏绣漆烘步附渭韦锯唯贡喷所犬湛沧召痪亢第二讲专用集成电路概念与设计流程第二讲专用集成电路概念与设计流程32浙大微电子浙大微电子常用的TCAD软件工具 所属公司工艺仿真器件仿真特点SynopsysTsuprem4 Medici国内业界广泛使用ISE(瑞士)被Synopsys 公司收购DIOSMDRAW，器件生成DESSIS，器件仿真国外业界广泛使用SILVACOAthenaAtlas图形界面操作简单易学SentaurusSy
26、nopsysProcess Structure Editor Device 提供模型参数数据库和小尺寸模型 碴孜虏丧区则陡入铂辅谨稽爱涛党袁冰收赐袋了庞奶里沿吨象睡芒媒冒云第二讲专用集成电路概念与设计流程第二讲专用集成电路概念与设计流程33浙大微电子浙大微电子 模拟模拟IC设计流程设计流程矫狼关沉令陨物饶钨薛壁抄绣狠堪笆施酒暑助柿年瓜频衷燕每瑰换刃绞趾第二讲专用集成电路概念与设计流程第二讲专用集成电路概念与设计流程34浙大微电子浙大微电子 公司CadenceSynopsysMentor GraphicsSpringSoft电路图仿真SpectreHspice版图绘制Virtuoso版图验证及参
27、数提取DivaDraculaCalibreLaker模拟集成电路设计常用工具模拟集成电路设计常用工具彪汛铅素岸沈挎抡万稍袄集盒博诅没女匿瘸归载胖诡舞气欺穆酷箩吱柏榷第二讲专用集成电路概念与设计流程第二讲专用集成电路概念与设计流程35浙大微电子浙大微电子前端设计前端设计 数字数字IC设计流程设计流程撼剪棘墙鉴兹寄篮蔼佐淳炼晃换彬尚额煎哄撕蹋钻迪番闭隐疥雏艇秋呀荷第二讲专用集成电路概念与设计流程第二讲专用集成电路概念与设计流程36浙大微电子浙大微电子后端设计后端设计幌和侧昂厘供价畴集和拜杜温撞雕榔沃泡搞猜曝琴琵尸阻裴搽凛剪题遂抵第二讲专用集成电路概念与设计流程第二讲专用集成电路概念与设计流程37浙
28、大微电子浙大微电子数字集成电路数字集成电路设计常用工具设计常用工具 公司 CadenceSynopsysMentor GraphicsSpringSoft逻辑仿真NC-SimVCSModelsim逻辑综合Design- compiler布局布线SEEncounterAstroLaker时序验证Pearl可测性设计DFT-CompilerTetraMAX刑吾么贴属类醇泳钉孙嚼掷眼磁顾却慷珠舔顽阳必灾取考浇萎瘴檬羊纯坛第二讲专用集成电路概念与设计流程第二讲专用集成电路概念与设计流程38浙大微电子浙大微电子五、ASIC设计关注的主要数据元件数元件数/芯片芯片 1000万晶体管/Die, 100门/D
29、ie芯片面积芯片面积(mm2) 1-100mm2硅片直径硅片直径(mm) 20mm ( 8英寸)/wafer特征线宽特征线宽(m) 0.18m, 90nm /CD工作电压工作电压(V) 3.3V,1.8V, 1.2V, 0.8V功耗功耗（mW） 16mW, 1.3mW, 6.5mW速度（速度（MHz） 高速电路(数字), 时钟800 MHz频率（频率（GHz） 射频电路(模拟), 2.4 GHz, 6GHz速度功耗乘积速度功耗乘积(J) - 1pJ/单位量化电平堪码毯懂袁灭裂季营呼嗓袱妆绕糠槛拼贩皖织番侧凡中彼有份抢杖幸疏梧第二讲专用集成电路概念与设计流程第二讲专用集成电路概念与设计流程39浙
30、大微电子浙大微电子关于性能 -速度功耗积衡量超大规模IC产品设计水平的重要标志在ASIC设计的每一步, 都有对产品速度、功耗进行决择、控制的能力(速度、功耗是一对矛盾)在系统设计级：算法的确定非常重要在系统设计级：算法的确定非常重要, 并行算法速度快并行算法速度快但功耗大；串行算法则反之。但功耗大；串行算法则反之。在逻辑设计级：是否采用诸如超前进位链之类的附加电在逻辑设计级：是否采用诸如超前进位链之类的附加电路，对芯片速度的影响也非常明显路，对芯片速度的影响也非常明显在电路设计级在电路设计级在器件设计级在器件设计级在版图设计级在版图设计级 扩瑶缎煌泰倘树旗没躯构傻烃赠糙猾叹通览焙脂爪懦吠啮右俗
31、疮淋槐橇廓第二讲专用集成电路概念与设计流程第二讲专用集成电路概念与设计流程40浙大微电子浙大微电子器件结构/电路形式对速度、功耗的影响器件结构对速度、功耗的影响双极型器件速度快, 但功耗大; MOS型器件功耗低, 但速度相对也低。电路形式对速度、功耗的影响 同是双极型器件，ECL电路快于TTL电路（后者器件进入深饱和区而前者只达临界饱和点）同是MOS型器件，CMOS电路功耗低于单纯NMOS或PMOS电路（后者有静态功耗而前者无静态功耗）匈汤吠慨嚎艾鹤艘惺怜顽垃缸呻柴粟条葫民护沛幻掐域昼井怨茎敦蒂炎称第二讲专用集成电路概念与设计流程第二讲专用集成电路概念与设计流程41浙大微电子浙大微电子六、AS
32、IC成本每个芯片(chip)的成本可用下式估算: 总成本 = 设计成本 + 光罩成本 + 制造成本 (暂不考虑封装测试成本)其中Ct为芯片开发总成本Cd 为设计成本， Cm 为光罩成本Cp 为每片wafer上电路的加工成本V 为总产量 y 为成品率 n 为每一大园片上的芯片数 (chip 数 / wafer)汞抓画措砚称挡抄甲唬绢奋武辜硷馈简藻耙脉殉绑甜良和佑肇救至徽灶谬第二讲专用集成电路概念与设计流程第二讲专用集成电路概念与设计流程42浙大微电子浙大微电子降低成本的方法1.增大V, V=ynw 当批量V做得很大时, 上式前二项可以忽略, 成本主要由生产加工费用决定。 增大y:缩小芯片面积,因
33、为当硅片的材料质量一定时, 其上的晶格缺陷数也基本上是确定的。一个芯片上如果有一个缺陷, 那芯片功能就难以保证。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。 哗澈幻搓磁钒薪憎圾憋烛蹭南吾辊阿蹋擒委磅惊涝莱冗谅狐线鼻懊侮壬诺第二讲专用集成电路概念与设计流程第二讲专用集成电路概念与设计流程43浙大微电子浙大微电子降低成本的方法(cont.)3. 增大增大n:增大wafer尺寸( 2英寸 4英寸 5英寸 8英寸 12英寸) 这种方法需要工艺设备更新换代的支持, 工艺设备的更新换代反过来使每一大园片的加工成本Cp也有所提高减小芯片面积, 使得在相同直径的大圆片上可以做更多的芯片电
34、路 这种方法会不断要求工艺特征尺寸变小(0.6um 0.35um 0.18um 0.09um), 加工成本Cp也会有所提高性环涧千旦诵籽译斧绝眷枉绅痪吧檬颗臆藻饵翼鲸乍狡啤颊理饥新窍虾层第二讲专用集成电路概念与设计流程第二讲专用集成电路概念与设计流程44浙大微电子浙大微电子在确定工艺下减小芯片面积的方法 优化的逻辑设计 - 用最少的逻辑部件完成最多的系统功能。本课程中介绍的乘法器、平方器的优化设计就是一些典型实例。 优化的电路设计 - 用最少的器件实现特定的逻辑功能。本课程中介绍的用CMOS传输门的方法实现D触发器, 较之传统的用“与非门”的方法就可大大减少器件数目。 优化的器件设计 - 尽量
35、减小器件版图尺寸。器件结构要合理, 驱动能力不要有冗余。 优化的版图设计 - 尽量充分利用版芯面积, 合理布局, 减小连线长度,减少无用区等。雀蒂说游漳灿赁子悯汀爹闭诧颜颠纲无免真搪搭龋侮钱浚绑钮沁钢篷靠净第二讲专用集成电路概念与设计流程第二讲专用集成电路概念与设计流程45浙大微电子浙大微电子封装测试成本封装测试成本：DIP14 0.16元/颗SOP14 0.20元/颗SOT6 0.17元/颗封装试样费1000元/项目测试程序开发费2000元/项目高截脚杀观颧虐挟赊译维铬字萝松河费键饼陷绘熏碉窃滇镁际台律孺政渺第二讲专用集成电路概念与设计流程第二讲专用集成电路概念与设计流程46浙大微电子浙大微
36、电子ASIC其他费用 (会逐年下降)光罩（掩膜板）费用3um工艺0.4万元/块，一套板9-10块0.6umCMOS工艺1万元/块，一套板14-15块最小流片量3um 5寸线， 4 wafer/批， 0.1万元/wafer 流片最低价格0.1*4 = 0.4万元0.6um 6寸线： 25 wafer/批，0.36万元/wafer，流片最低价格0.36*25=9万元晶樱疡侈业盲憨彤蚌宁争圭蟹内兢探工通终毯穷俩者忻送蹋孟疑旬纲轿活第二讲专用集成电路概念与设计流程第二讲专用集成电路概念与设计流程47浙大微电子浙大微电子MPW（ CMOS多目标晶圆 ）价格0.5um, 2*2 = 4 mm2 1万元人民
37、币0.18um, 5*5 = 25 mm2 2万美元0.13um, 5*5 = 25 mm2 ,4万美元切割（Sawing）数百元人民币 / 刀瘟级规赵润缮翔陨徒钮柜尾晤葫拱慰捉絮糜彭阿败贴鱼我解闭尊黔虑摸妓第二讲专用集成电路概念与设计流程第二讲专用集成电路概念与设计流程48浙大微电子浙大微电子不同设计方法下成本的比对不同设计方法的概念不同设计方法的概念全定制全定制-全手工设计全手工设计 多用于模拟多用于模拟IC半定制半定制-用标准单元用标准单元 多用于数字多用于数字IC FPGA-小批量情况小批量情况 多用于样品开发等多用于样品开发等匪想坊社概泳舰屑亨藩士蹭岔寐葛蛛吕呀瓣蜘扛石逗匠畏倾陡瑞喀搪谢怕第二讲专用集成电路概念与设计流程第二讲专用集成电路概念与设计流程49浙大微电子浙大微电子Thanks淳峦闸粘五钡椰骂栽朵笑蝗槛悸铂舰陶钠萌舞钳站年碧受鸣胸搔堡盯套摧第二讲专用集成电路概念与设计流程第二讲专用集成电路概念与设计流程50浙大微电子浙大微电子
