浙江大学信息与电子工程学系

1专用集成电路设计技术基础韩雁—浙大微电子所[e-mail]2教学日历3课程简介及产业相关介绍•一、建立基本概念•二、建立对专业的认识•三、专业与你的关系4一、建立基本概念•IT业的组成•硅含量•摩尔定律•行业巨头•产业集聚•3C概念•产业链•IC供求现状•IC进出口逆差•IC设计\制造\封装5ＩＴ业的重要组成：软件－－灵魂通信－－神经芯片－－心脏6电子工业分析的基本方法硅含量定义在电子产品中所用半导体产品的总价占电子产品价值的百分比称之为硅含量7SmartDevicesDriveSemiconductorGrowthSource:Dataquest*:SemiconductorcontentofDigitalTVissourcedfromTokyoInstituteoftechnology,IEDM2004shortcourse8理解摩尔定律的伟大经济意义•每过18个月,IC中晶体管的集成度增加一倍.微米时代3um-2um-1.2um-亚微米时代0.8um-0.5um-深亚微米时代0.35um-0.25um-0.18um-0.13um-纳米时代0.09um(90nm)-60nm-45nm-30nm9半导体工业的步伐年代1970197119721973197419751976197719781979CD尺寸(微米)7654CPU40048008808080868088DRAM1K4K16K晶体管数目2300350060002900029000年代1980198119821983198419851986198719881989CD尺寸(微米)31.81.61.20.8CPU80286386486DRAM64K256K晶体管数目1340002750001200000年代1990199119921993199419951996199719981999CD尺寸(微米)0.50.350.250.18CPU奔腾奔I奔II奔IIIDRAM1M4M16M64M晶体管数目3100000550000075000009500000年代2000200120022003200420052006200720082009CD尺寸(微米)0.150.130.090.065CPU奔IVDRAM128M256M晶体管数目4200000102005Top10WWsemivendors11国内设计企业概况2004年前十名企业目前共有设计企业479家，05年设计企业销售额124.3亿元，其中销售额过亿元的企业共17家，其中前十名企业排行如上图所示。12国内设计企业概况2005年前十名设计企业2005年排名企业名称2005年销售额（万元）增长率（%）2004年排名1珠海炬力微电子设计有限公司12575017332北京中星微电子有限公司7682282.953中国华大微电子设计有限责任公司640754144杭州士兰微电子股份有限公司605771925大唐微电子技术有限公司57234-2416上海华虹微电子有限责任公司3733095.497杭州友旺电子有限公司250611.578绍兴芯谷科技有限公司23397-7.469北京清华同方微电子有限公司23214NANA10无锡华润矽科微电子有限公司2283008总计516290前十家企业销售额占设计业销售额的比重41.6%13中国半导体产业主要集聚地区14长三角地区半导体企业概况据不完全统计，江浙沪共有各类微电子企业489家：省市微电子行业分立器件设备材料行业小计设计制造封装制造封装上海市150112041018＋40253江苏省16＋501017142740174浙江省12＋20511221062总计24826482039108489长三角占中国2.2%的陆地面积，10.6%的人口，创造了中国22.1%的GDP、24.5%的财政收入、60%的外商投资和28.5%的进出口总额。15ChinaSemiconductorIndustryMarketDemandVsSupply111418253541516376901032.22.33.24.36.67.99.712.115.419.324.2-2040608010012020002001200220032004200520062007200820092010DemandSupply缺口巨大：2010年前，中国本土提供的产出不到其需求的25％中国半导体的需求与产出间的缺口巨大Unit:USDBillionSource:CCIDConsulting16我国微电子进出口预测62849869052275955783559390561599464302004006008001000200520062007200820092010进口额（亿美元）进出口逆差额（亿美元）“十一五”期间，微电子进口额将以15%以上的年均增长率增长，预计到2010年我国每年进口微电子金额将超过900亿美元，微电子贸易逆差将会继续扩大。172005年我国集成电路市场产品构成3C概念其他,729.7,22%计算机类,1329.4,40%通信类,613.4,18%消费类,669.5,20%集成电路市场按整机应用划分，可分为计算机类、消费类、通信类等不同类别。这三类占了整个市场的78%。18集成电路产业链概念整机系统提出应用需求集成电路设计•计算机与网络、通信（有线、无线、光通信、卫星通信）•数字音视频（电视机、视盘机DVD、MP3播放器、音响……）•IC卡（身份认证）与电子标签、汽车电子、生物电子、工业自动化…•EDA工具、服务器、个人计算机(PC)、工程技术人员……集成电路制造•厂房、动力、材料（硅片、化合物半导体材料）、专用设备、仪器（光刻机、刻蚀机、注入机……）19微电子产业链概念集成电路封装集成电路测试•划片机、粘片机、键合机、包封机、切筋打弯机、芯片、塑封料、引线框架、金丝………•测试设备、测试程序、测试夹具、测试探针卡、测试、分选、包装……集成电路应用•电脑及网络、通信及终端（手机）、电视机、DVD、数码相机、其他20芯片制造加工能力情况•2005年底，国内拥有微电子芯片生产线–12英寸生产线1条–8英寸生产线10条–6英寸6条–5英寸生产线8条–4英寸生产线15条•国内芯片制造行业的总投片能力已经达到68.5万片/月–12英寸1.5万片/月–8英寸38万片/月–6英寸18万片/月–5英寸11万片/月21IC设计技术发展趋势随着微电子产业的进一步分工细化，设计技术出现了4次大的飞跃；90年代中后期以来，以硅知识产权核（IPCore）复用为基础的SoC设计日渐成为IC设计的重要方法；高集成度、高频高速、低功耗、低电压供电成为设计趋势。22封装、测试企业概况•目前国内封装测试企业已经达到110余家。•其中年封装量超过1亿块的企业已经超过20家。•2005年国内微电子总封装能力已经达到250亿块。•2005年封装业的销售额344.9亿元。•封装形式，DIP、SOP、QFP等都已经大批量生产，PGA、BGA、MCM等新型封装形式已开始形成规模生产能力。23•IC设计:书的写作•IC制造:书的印刷•IC封装:书的装订产业环节之间的关系：24二、对学科的认识名词之间的关系：学科:微电子学工业原料:半导体产品形式:集成电路251、微电子产业是基础性产业•基础性微电子是信息产业的基础，如网络技术、光电子、生物工程等21世纪重点发展领域均与微电子技术密切相关。•核心性微电子是信息产业的核心，是通信技术、计算机技术、网络技术、数字音视频技术的重要载体，是信息处理、信息管理、信息安全的平台。•广泛性微电子产品应用到国民经济和社会发展的各个领域，如汽车行业增值部分的70%来源于微电子262、集成电路产业是带动性产业–现代经济发展的数据表明，每1元集成电路产值能带动10元左右电子信息产业产值，进而带动100元左右的GDP增长–集成电路产业的发展规模和技术水平已成为衡量一个国家综合实力的重要标志273、集成电路产业是战略性产业•集成电路产业关系到国家安全、国防安全、信息安全–集成电路是现代军事系统和武器装备的核心–军用微电子技术是“打赢一场现代化高技术战争”的重要技术保证28各国对微电子产业高度重视（1）•美国的决策者认为：美国在微电子这一关键领域不能落后于任何国家，无论他们是谁，即使是美国的传统盟国也不例外。•1985年美国国防部采取政府行动，委托半导体产业协会成立了半导体制造技术产业联盟，确保其在世界半导体领域的领先地位。29各国对微电子产业高度重视（2）•上世纪70年代，日本为了赶超世界水平，曾由政府组织过产官学体制，从而使日本的半导体制造技术和制造设备一度称霸全球。2001年以来,日本政府牵头组织了类似组织，实施了MARIA计划(先进信息技术新千年研究会)，企图重新夺回霸权地位。30各国对微电子产业高度重视（3）•韩国半导体产业靠出口起家，技术上以跨越求发展，生产上以出口为突破口，目前已经成为世界半导体第三大生产国。31各国对微电子产业高度重视（4）•我国台湾微电子产业于20世纪70年代中期由芯片封装业作为切入点，以引进技术发展芯片制造业并进行自主开发开始起步，成功的走出了一条以标准工艺加工线（FOUNDRY）加工为主体、以设计和封装为两翼、以出口为导向的微电子产业发展道路。32我国高度重视发展微电子产业（1）•党和国家领导人历来重视微电子产业的发展。在“七五”“八五”“九五”“十五”期间，组织实施了重大微电子专项工程，如彩电用微电子引进项目、国家微电子工程、908工程、909工程等工程，涉及微电子设计、制造、封装、专用设备、材料等。•国务院在2000年发布了《鼓励软件产业和微电子产业发展的若干政策》（即国发18号文件）和2001年的51号函，为扶持微电子产业发展制定了产业政策。33我国高度重视发展微电子产业（2）•各部委设立了专项资金，鼓励企业的技术进步和自主创新,如:–信息产业部:电子信息产业发展基金–科技部:•863计划微电子设计专项、微电子材料专项•973计划•科技攻关•中小企业创新基金–国家发改委:•国债项目•企业技术进步和产业升级•工程中心建设及专项技术开发–财政部、信息产业部、国家发改委和国税总局共同管理的微电子产业研发专项34我国高度重视发展微电子产业（3）2000年到2005年，我国微电子产业吸引投资累计160亿美元，是过去30年投资总和的4倍多。(30年投资共268亿元人民币,相当35亿美元)8110140138002004006008001000120014001600七五八五九五十五投资规模（亿元人民币）35十五期间产业发展特点（1）•设计业和芯片制造业在产业中的比重显著上升–2000年我国微电子设计、芯片制造、封装与测试三业的销售额占微电子总销售额的比例分别为5.3％：25.8％：68.9％–2005年这个比例达到了17.7％：33.2％：49％向2:4:4的合理比例发展。36十五期间产业发展特点（2）•设计业发展迅速–微电子设计企业从2000年的81家增长到2005年的479家，销售额由2000年的11亿元增长到2005年的124亿元。–开发出CPU、DSP、网络路由交换芯片、TD-SCDMA基带芯片、数字音视频芯片、手机芯片、身份证芯片等核心芯片。37十五期间产业发展特点（3）•产业群聚效应凸现–长江三角洲、京津环渤海以及珠江三角洲地区已经成为国内微电子产业集中分布的地区，这三个地区的微电子销售额占总销售额的95%以上。38十一五期间我国的重要举措•2005年8月，江泽民原总书记、胡锦涛总书记、温家宝总理先后作出重要指示，要重视微电子产业发展、重视微电子的技术、产品的创新、重视微电子的人才等39十一五期间我国的重要举措•加强人才培养，积极引进海外人才拟建立20个人才培训基地，培养2万名中高级IC复合型人才（每年4000人），引进海外人才（每年500人）•加强微电子技术向各行各业的渗透节能、节电、节材、降耗，改变传统产品的结