集成电路的发展与应用

TimeYouth集成电路（IC）所谓集成电路（IC），就是在一块极小的硅单晶片上，利用半导体工艺制作上许多晶体二极管、三极管及电阻、电容等元件，并连接成完成特定电子技术功能的电子电路。从外观上看，它已成为一个不可分割的完整器件，集成电路在体积、重量、耗电、寿命、可靠性及电性能方面远远优于晶体管元件组成的电路，目前为止已广泛应用于电子设备、仪器仪表及电视机、录像机等电子设备中。世界集成电路发展史1912年前后，电子管的制作日趋成熟引发了无线电技术的发展；1906年，第一个电子管诞生；1920年，发现半导体材料所具有的光敏特性；1918年前后，逐步发现了半导体材料；1932年前后，运用量子学说建立了能带理论研究半导体现象；1956年，硅台面晶体管问世；1960年12月，世界上第一块硅集成电路制造成功；1966年，美国贝尔实验室使用比较完善的硅外延平面工艺制造成第一块公认的大规模集成电路。1997年：300MHz奔腾Ⅱ问世,采用0.25μｍ工艺，奔腾系列芯片的推出让计算机的发展如虎添翼，发展速度让人惊叹。2009年：intel酷睿i系列全新推出，创纪录采用了领先的32纳米工艺，并且下一代22纳米工艺正在研发。世界集成电路发展史电子管晶体管集成电路电子管，是一种在气密性封闭容器中产生电流传导，利用电场对真空中的电子流的作用以获得信号放大或振荡的电子器件。由于电子管体积大、功耗大、发热厉害、寿命短、电源利用效率低、结构脆弱而且需要高压电源的缺点，很快就不适合发展的需求，被淘汰的命运就没躲过。晶体管，是一种固体半导体器件，可以用于检波、整流、放大、开关、稳压、信号调制和许多其它功能。晶体管很快就成为计算机“理想的神经细胞”，从而得到广泛的使用。虽然晶体管的功能比电子管大了很多，但由于电子信息技术的发展，晶体管也越来越不适合科技的发展，随之出现的就是能力更强的集成电路了。中国集成电路发展史中国的集成电路产业起步于20世纪60年代中期1976年，中国科学院计算机研究所研制成功1000万次大型电子计算机所使用的电路为中国科学院109厂研制的ECL型电路；1986年，电子部提出“七五”期间，我国集成电路技术“531”发展战略，即推进5微米技术，开发3微米技术，进行1微米技术科技攻关；1995年，电子部提出“九五”集成电路发展战略：以市场为导向，以CAD为突破口，产学研用相结合以我为主，开展国际合作，强化投资；在2003年，中国半导体占世界半导体销售额的9%，电子市场达到860亿美元，中国成为世界第二大半导体市场，中国中高技术产品的需求将成为国民经济新的增长动力。到现在已经初具规模，形成了产品设计、芯片制造、电路封装共同发展的态势。我们相信，随着我国经济的发展和对集成电路的重视程度的提高，我国集成电路事业也会有更大的发展。中国集成电路发展现状中国人使用手机采用的芯片中，只有不足两成是我国自主研发生产的，至于4G手机采用的芯片，则基本上都是依靠国外进口。工信部的数据显示，2013年我国集成电路进口额高达2313亿美元，同比增长20.5%，而海关总署数据显示同期我国原油进口总额约2196亿美元。事实上，中国有十余年集成电路进口额超过石油，长期居各类进口产品之首。一直以来，我国芯片产业受制于人。国务院发展研究中心发布的《二十国集团国家创新竞争力黄皮书》指出，中国关键核心技术对外依赖度高，80%芯片都靠进口。我国一年制造11.8亿部手机、3.5亿台计算机、1.3亿台彩电，都是世界第一，但嵌在其中的芯片专利费用却让中国企业沦为国际厂商的打工者。发展集成电路的重要性和必要性在全国已有共识。中科院半导体研究所研究员吴南健说，各种芯片中，CPU、储存器等我国都无法自给，一些有规模的公司，也多数是给低端手机做配套，而高价值产品基本已被国外公司垄断。一、芯片产业受制于人中国集成电路发展现状一、芯片产业受制于人中国集成电路发展现状事例：2013年在中国移动一期TD-LTE(4G)招标中，国产芯片厂商集体失意。终端招标结果显示，采用美国高通芯片的中标终端产品占一半以上，而国产芯片厂商只有华为海思中标。目前我国半导体产业中，芯片设计水平与国际基本相当，封装技术水平有4至5年差距，制造工艺差距在3年半左右。在推动芯片产业发展中，我国投入不可谓不大。邓中翰表示，国家出台的支持芯片发展的重大专项，有不少都是百亿元级别的投入。北京、上海、武汉、西安等地的芯片制造商在国有银行和当地政府的支持下向半导体产业投入了巨资。二、与国际先进水平存在差距中国集成电路发展现状然而，经过多年努力，本土芯片制造商仍处于发展初期，其中最具代表性的中芯国际等企业，与竞争对手英特尔、三星电子、台积电等国际半导体巨头相比，仍存在巨大差距。“核心技术是买不来的。”邓中翰说，由于资金、技术、管理等方面的劣势，我国企业依然很难与国外巨头竞争。一方面，与国外相比，中国的芯片产业起步较晚，核心技术受制于人;另一方面，相比国外动辄上百亿美元的投入，我国的投入依然相对偏小。二、与国际先进水平存在差距中国集成电路发展未来趋势数据显示，全球半导体市场2013年恢复增长。我国集成电路行业抓住市场契机，在国家加快推动集成电路产业发展相关政策的支持下，全年完成销售产值2693亿元，同比增长7.9%，增幅高于上年2.9个百分点;累计生产集成电路866.5亿块，同比增长5.3%。与此同时，行业效益也得到大幅改善。2013年，集成电路行业实现利润总额148亿元，同比增长28.3%，扭转了上年下滑14.6%的局面;销售利润率6.1%，比上年提高1.1个百分点。目前，集成电路产业结构正处于良性调整阶段。2013年IC设计收入增长19%，设计业在全行业中比重超过30%，重点企业快速成长，本土封装测试企业业绩也有大幅增长。三、中国集成电路产业形势大好中国集成电路发展未来趋势三、中国集成电路产业形势大好中国集成电路发展未来趋势随着技术的不断进步，客户和设备供应商面临的工艺和整合方面的挑战日益严峻。新的元件结构和材料上的变革都将对客户的发展战略起到决定作用。在晶圆代工产业，14nm/16nm的FinFET器件已取得了一定的发展。拥有较低泄漏率和更高速度的低功率晶体管备受瞩目。3DNAND使平面NAND降到20nm以下，创造出外形更小巧、位密度更高的产品。在3DNAND方面，随着产品从24个单元叠层向32个/64个增加，我们也面临着高纵横比(HAR)方面的挑战。未来IC产品的创新，不是单纯集成更多的功能，而是随着生活水平的提高，围绕人们生活质量的改善来创新和开发创意产品。能否开发出有精准市场定位的创新产品，将在相当程度上决定一个企业的成败。四、中国集成电路产业变革在即中国集成电路发展未来趋势就目前而言，我国的集成电路技术与国际的先进水平仍有较大差距，无法提供高质量高水平的产品，在国际市场的竞争中也常常处于劣势。幸运的是，由于国家的重视与大力支持，我国创新水平提升、相关产业链逐步完善，我国的集成电路产业已经得到快速发展，并取得一定的成果。不过随着技术的发展与社会的进步，我国的集成电路产业也面临着越来越多的挑战。五、总结中国集成电路发展未来趋势我们不得不注意到其中存在的问题，例如与国外相比，中国的芯片产业起步较晚，核心技术受制于人;另一方面，相比国外动辄上百亿美元的投入，我国的投入依然相对偏小。我国在创新体制机制上仍有欠缺，缺乏市场顶层设计。我国一些部门、企业还是习惯跟踪思维，国外有什么东西就跟着做什么东西。所以要想实现我国集成电路产业的健康、可持续的发展，不管是企业还是国家都需要做出努力。比如说，国家应加大支持力度，设立先进半导体产业发展专项资金，并建立稳定的财政投入增长机制，加大对半导体设计、制造等方面重点企业的集中投入;同时，研究出台促进先进半导体产业发展的优惠税收政策。国家应实施标准化战略，用好政府和市场两只手，创造“跨越式”新需求，加大对在国内外市场或标准方面具有优势的国内企业的支持力度，培养国内产业的核心竞争力，从根本上摆脱受制于人的局面。五、总结中国集成电路发展未来趋势同时，企业应主要通过提高自身的研发能力、技术创新和知识产权保护管理水平，并构建以专利保护为核心及正确的申请策略、保护策略和经营策略为支撑的知识产权战略体系，从而努力提高自主创新能力。与海外科技企业和研发机构展开多层次合作等方式也可以作为辅助手段。此外，企业可以通过国内外的兼并重组，提升企业的国际竞争力。在市场制度创新方面，国内设备公司应该进一步加强发展海外市场，采取多种方式，如在海外设立分支机构提升客户服务质量和水平，并拓宽市场渠道。当然，想要实现更远大的目标，仅仅做到以上要求是不够的，未来的发展之路一定是充满挑战与艰辛的，但只要国家与企业积极地努力，我国的集成电路产业一定会有良好的发展前景。五、总结集成电路在生活上的应用集成电路对一般人来说也许会有陌生感，但其实我们和它打交道的机会很多。计算机、电视机、手机、网站、取款机等等，数不胜数。集成电路技术在日常生活中的各个领域都有广泛应用。比如说在汽车上，微控制器、功率半导体器件、电源管理器件、LED驱动器和CCFL驱动器等汽车集成电路器件的应用使得汽车能够出于最佳工作状态；再比如说在热能动力工程领域中的应用，最简单的莫过于温控计，当然，火电厂中的信息管理系统是离不开集成电路技术的。提到集成电路我们就不得不提到我们的日常生活，在我们生活中与集成电路有关的产品随处可见。手机、电视、数码相机、摄像机等都与我们的生活关系越来越近。集成电路在生活上的应用随着技术的进步和社会的发展，手机以其独特的传播功能，日益成为人们获取信息、学习知识、交流思想的重要工具，成为文化传播的重要平台。目前，我国已有手机用户5亿多，形成以手机为载体的网站、报纸、出版物等新的文化。手机功能和手机款式也在不断更新，以适应现代人们生活的要求。各种各样的手机接连问世，从小灵通到具有摄像功能的高新手机，手机行业正在以惊人冲击人们的思维和眼界,但无论手机如何变化，它内部的集成电路却是永远存在的。集成电路在生活上的应用集成电路在生活上的应用伴随着现代社会节奏的加快，外界娱乐费用的增涨，电视传播的普及，已经为人们呆在家中提供了充足的理由和条件，足不出户却可以感受社会交谈带来的人际交际感觉。电视在不断发展，从黑白到彩电，从液晶到曲面都离不开支持它的集成电路，集成电路的体积在越变越小，电视的功能也越来越丰富。电视机用集成电路包括行、场扫描集成电路、中放集成电路、伴音集成电路、彩色解码集成电路、AV/TV转换集成电路、开关电源集成电路、遥控集成电路、丽音解码集成电路、画中画处理集成电路、微处理器（CPU）集成电路存储器集成电路等。集成电路在生活上的应用集成电路在生活上的应用音响用集成电路包括AM/FM高中频电路、立体声解码电路、音频前置放大电路、音频运算放大集成电路、音频功率放大集成电路、环绕声处理集成电路、电平驱动集成电路，电子音量控制集成电路、延时混响集成电路、电子开关集成电路等。集成电路在生活上的应用影碟机用集成电路有系统控制集成电路、视频编码集成电路、MPEG解码集成电路、音频信号处理集成电路、音响效果集成电路、RF信号处理集成电路、数字信号处理集成电路、伺服集成电路、电动机驱动集成电路等。录像机用集成电路有系统控制集成电路、伺服集成电路、驱动集成电路、音频处理集成电路、视频处理集成电路。集成电路在生活上的应用打印机的发展也离不开集成电路，它的便捷与多样的功能，得益于它内部一块块绿色的集成电路，虽然只有一块瓷砖大的面积，却集中了上百个电路元件，几百种电路连接。我们的生活处处都有集成电路的身影，集成电路让我们的生活更加便捷高效。集成电路在医疗上的应用在医学管理方面IC卡医疗仪器管理系统就是典型代表。IC卡医疗仪器管理系统集IC卡、监控、计算机网络管理于一体，凭卡检查，电子自动计时计次，可实现充值、打印，报表功能。系统性能稳定，运行可靠；控制医疗外部关键部位，不与医疗仪器内部线路连接，不影响医疗仪器性能，不产生任何干扰；管理机与智能床有机结合，分析计次；影像系统