第二讲专用集成电路概念与设计流程.ppt
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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,浙大微电子,2/50,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,浙大微电子,3/50,半导体产业的主要产品分类,分为四大类: 集成电路,分立器件,光电器件、传感器 05-07年全球半导体产品销售比例,浙大微电子,4/50,一、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 微器件(Micro Device) 存储器(Memory) 逻辑电路(Logic) 模拟电路(Analog),浙大微电子,5/50,1. 微
2、器件(Micro Device),微器件由三部分器件构成 1.1 微处理器(MPU) 通用型、嵌入式 1.2 微控制器(MCU) 4、8、16、32位 1.3 数字信号处理器(DSP) 通用型、嵌入式,浙大微电子,6/50,1.1 微处理器(MPU),通用型微处理器 PC机或工作站、服务器等的CPU,具有 高垄断、高技术、高利润、高风险 等特征。 嵌入式型微处理器 嵌入式CPU的基础是通用型CPU,本质上与通用CPU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,去除冗余的功能。,浙大微电子,7/50,通用型微处理器,高垄断:整个行业的PC市场基本被Intel、AMD两家所控制,
3、Sun、IBM等少数公司只能分享工作站与服务器领域的一部分市场。 高技术:通用CPU强烈追求功能的强大和频率的提高, 对最先进的IC工艺需求十分迫切,高端CPU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延时问题,因而转向通过改变体系框架发展多核CPU来达到目标。 高利润:以Intel处理器为例,其产品享受着3040%的高额利润,而像戴尔这样的计算机公司,却只有5的利润。 高风险: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。,浙大微电子,8/50,嵌入式CPU,嵌入式CPU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,不断创新的产业。
4、与通用CPU领域的“独大”局面不同,嵌入式CPU呈现的是一个百家争鸣的形态。 与通用型CPU主要使用x86或PowerPC两类核心架构相比,嵌入式CPU常见的核心架构还包括MIPS、ARM、SuperH等。,浙大微电子,9/50,1.2 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。,浙大微电子,10/50,4、8、16、
5、32位元MCU市场出货量,数据来源:In-Stat,2006,浙大微电子,11/50,1.3 数字信号处理器(DSP),与微处理器分类一样,DSP也分为通用DSP与嵌入式DSP两类。 通用DSP的主要市场在于通信应用。 嵌入式DSP则应用广泛,包括DVD播放机、机顶盒、音视频接收设备、MP3播放器、数码相机和汽车电子等。,浙大微电子,12/50,2.存储器(Memory),主要包括DRAM和Flash(闪存)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。 是一种最通用的商品,价格对供求变化的敏感性非常高,波动幅度极大。 资金需求大、工艺技术要求先进,产业变动起伏,不易控制。 市场特
6、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。,浙大微电子,13/50,2.1 DRAM,DRAM存储器起源于Intel公司,后日本、韩国及中国台湾纷纷以此为切入点进入IC产业领域,迄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,Intel在1985年宣布退出存储器领域,转而集中发展微处理器。 因为日本存储器产业的强大,使得1988年日本位居全球半导体产业之首,独占世界市场50以上,并维持 7年之久。 同样因为韩、台在DRAM领域的相继崛起,美国称霸微处理器领域,
7、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20。,浙大微电子,14/50,DRAM现状,美国 TI、Motorola已完全退出DRAM存储器产业,IBM亦淡出,仅剩下全球市占率第四的美光(Micron)独撑大局 日本 东芝、富士通、日立等均退出DRAM市场,日立与NEC整合成立尔必达(Elpida)公司,成为全球第五大存储器厂商。 欧洲 仅剩下德国的英飞凌(Infineon),市场占有率2000年 窜升至第四。06年剥离其存储器事业部门成立Qimonda,为全球第三大厂。 韩国 DRAM位居全球首位。三星蝉联冠军。现代及LG合并而成的Hynix,是全球DRAM第二大厂。 台湾 也有
8、4家公司入围世界10大DRAM公司之列。,浙大微电子,15/50,1.2 Flash(闪存),是一种非易失(非挥发)性存储器,用于 数码相机 MP3 移动电话 移动多媒体等 目前已采用45纳米工艺制程,其基本存储单元为叠栅型CMOS结构。,浙大微电子,16/50,3.逻辑电路,逻辑电路扮演着IC中第一大门类的角色。 提供数据通信、信号处理、数据显示、电路接口、定时和控制操作以及系统运行所需要的其它功能 逻辑电路主要包括 通用逻辑电路(与非、或非、倒相器、DFF、MUX) 现场可编程逻辑器件(FPLD) 数字双极电路 逻辑电路 与存储器、微处理器 一同构成了三种 基本的数字电路类型。,浙大微电子
9、,17/50,4.模拟电路,模拟电路是指处理连续性的光、声音、温度、速度等自然模拟信号的集成电路产品。 常用模拟 IC 电源系列(AC/DC, DC/DC, LDO ) 运算放大器(OPA) 比较器(Comparator) 数据转换接口(ADC, DAC) 高速串并转换接口 功放(PA) 模拟滤波器(Filter) 模拟开关(Switch) 驱动IC(Driver),浙大微电子,18/50,模拟电路产品特点,品种多、生命周期长、技术含量高、辅助设计工具少、测试周期长。 数字IC强调运算速度与成本,模拟IC强调高信噪比、低失真、低功耗和稳定性。 主要的工艺有CMOS,BiCMOS和BCD工艺,在
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