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簡述集成電路的發(fā)明與變革

發(fā)表時間:2022-09-21
來源:網(wǎng)絡(luò)整理
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從發(fā)明集成電路IC)到應(yīng)用的過程,是指經(jīng)過特種電路設(shè)計,利用半導(dǎo)體加工工藝,集成于一小塊半導(dǎo)體(如硅、鍺等)晶片上的一組微型電子電路。

 1947年底第一塊晶體管問世,同為主動元件,相對于之前使用的真空管,晶體管具有體積小、能耗低,性能優(yōu)越的特點,并且克服了真空管易碎的缺點,使其很快就成為了新興產(chǎn)業(yè)。

 

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在實際運用中,由于晶體管需要逐一單個生產(chǎn),由其構(gòu)成的分立電路亦十分復(fù)雜且體積龐大,造成了大量使用上的不便,于是1952年英國人Dummer就提出集成電路的想法,取得突破的是德州儀器的Kilby,1958年基于鍺晶體研制出世界第一塊IC,但Kilby使用極細的金屬絲作為連接線,這種情況下難以大規(guī)模生產(chǎn)IC。

于是1959年初,仙童公司Noyce用光刻技術(shù)在硅基質(zhì)上制作金屬鋁連線,使得整個IC都可以用平面工藝制作,在此基礎(chǔ)上工業(yè)大規(guī)模生產(chǎn)IC成為可能,兩人也因此被認為是集成電路的共同發(fā)明者。

此時的晶體管,還處于技術(shù)發(fā)展的早期,集成電路受技術(shù)規(guī)模的局限,單個芯片往往只能承載數(shù)個晶體管。

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不同時間段芯片集成度


隨著越來越多的需求,集成電路一次次升級換代,其發(fā)展至今的歷程可以總結(jié)為3次變革:

第一次變革——電腦元件的標準化。

1960年至1970年,系統(tǒng)廠商包辦了所有的設(shè)計和制造,隨著電腦的功能要求越來越多,整個設(shè)計過程耗時較長,使得部分系統(tǒng)廠商產(chǎn)品推出時便已落伍,因此,有許多廠商開始將使用的硬件標準化,1970年左右,微處理器、存儲器和其他小型IC元件逐漸標準化,也由此開始區(qū)分系統(tǒng)公司與專業(yè)集成電路制造公司。

第二次變革——ASIC(特殊應(yīng)用集成電路)技術(shù)的誕生。

雖然有部分集成電路標準化,但在整個電腦系統(tǒng)中仍有不少獨立IC,過多的IC使得運行效率不如預(yù)期,ASIC技術(shù)應(yīng)運而生,同時系統(tǒng)工程師可以直接利用邏輯門元件資料庫設(shè)計IC,不必了解晶體管線路設(shè)計的細節(jié)部分,設(shè)計觀念上的改變使得專職設(shè)計的Fabless公司出現(xiàn),專業(yè)晶圓代工廠Foundry的出現(xiàn)填補了Fabless公司需要的產(chǎn)能。

第三次變革——IP(集成電路設(shè)計知識產(chǎn)權(quán)模塊)的興起。

由于半導(dǎo)體制程的持續(xù)收縮,使得單一晶片上的集成度提高,如此一來,只是用ASIC技術(shù),很難適時推出產(chǎn)品,此時IP概念興起,IP即將具有某種特定功能的電路固定化,當(dāng)芯片設(shè)計需要用到這項功能時,可以直接使用這部分電路,隨之而來的是專業(yè)的IP與設(shè)計服務(wù)公司的出現(xiàn)。

伴隨著科技的進步,數(shù)十億的晶體管得以被臵于一塊芯片之上,現(xiàn)如今應(yīng)用范圍更是滲透到了生活和科技的方方面面。