大规模集成电路设计十篇

大规模集成电路设计篇1

关键词：动态功耗 时钟树 clock gating技术

中图分类号：TP752 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2015）09-0000-00

随着半导体工业的发展和工艺的深入，VLSI（超大规模集成电路）设计正迅速地向着规模越来越大，工作频率越来越高方向发展。显而易见，规模的增大和频率的提高势必将产生更大芯片的功耗，这对芯片封装，冷却以及可靠性都将提出更高要求和挑战，增加更多的成本来维护这些由功耗所引起的问题。而在便携式设备领域，如智能手机、手提电脑等现在智能生活的必需品对芯片功耗的要求更为严格和迫切。

由于时钟树工作在高频状态，随着芯片规模增大，时钟树规模也迅速增大，通过集成clock gating电路降低时钟树功耗是目前时序数字电路系统设计时节省功耗最有效的处理方法。

Clock gating的集成可以在RTL设计阶段实现，也可以在综合阶段用工具进行自动插入。由于利用综合工具在RTL转换成门级网表时自动插入clock gating的方法简单高效，对RTL无需进行改动，是目前广为采用的clock gating 集成方法。

本文将详细介绍clock gating的基本原理以及适用的各种clock gating策略，在实际设计中，应根据设计的特点来选择合适的clock gating，从而实现面积和功耗的优化。

综合工具在对design自动插入clock gating是需要满足一定条件的：寄存器组（register bank）使用相同的clock信号以及相同的同步使能信号，这里所说的同步使能信号包括同步set/reset或者同步load enable等。图1即为没有应用clock gating技术的一组register bank门级电路，这组register bank有相同的CLK作为clock信号，EN作为同步使能信号，当EN为0时，register的输出通过选择器反馈给其输入端保持数据有效，只有当EN为1时，register才会输入新的DATA IN。可以看出，即使在EN为0时，register bank的数据处于保持状态，但由于clk一直存在，clk tree上的buffer以及register一直在耗电，同时选择电路也会产生功耗。

综合工具如果使用clock gating 技术，那么对应的RTL综合所得的门级网表电路将如图2所示。图中增加了由LATCH和AND所组成的clock gating cell，LATCH的LD输入端为register bank的使能信号，LG端（即为LATCH的时钟电平端）为CLK的反，LATCH的输出ENL和CLK信号相与（ENCLK）作为register bank的时钟信号。如果使能信号EN为高电平，当CLK为低时，LATCH将输出EN的高电平，并在CLK为高时，锁定高电平输出，得到ENCLK，显然ENCLK的toggle rate要低于CLK，register bank只在ENCLK的上升沿进行新的数据输出，在其他时候保持原先的DATA OUT。

从电路结构进行对比，对于一组register bank（n个register cell）而言只需增加一个clock gating cell，可以减少n个二路选择器，节省了面积和功耗。从时序分析而言，插入clock gating cell之后的register bank ENCLK的toggle rate明显减少，同时LATCH cell的引入抑制了EN信号对register bank的干扰，防止误触发。所以从面积/功耗/噪声干扰方面而言，clock gating技术都具有明显优势。

对于日益复杂的时序集成电路，可以根据design的结构特点，以前面所述的基本clock gating 技术为基础实现多种复杂有效的clock gating 技术，包括模块级别（module level）clock gating，增强型（enhanced）clock gating以及多级型和层次型clock gating技术。模块级别的clock gating技术是在design中搜寻具备clock gating条件的各个模块，当模块有同步控制使能信号和共同CLK时，将这些模块分别进行clock gating，而模块内部的register bank仍可以再进行独立的clock gating，也就是说模块级别clock gating技术是可以和基本的register bank clock gating同时使用。如果register bank只有2bit的register，常规基本的clock gating技术是不适用的，增强型和多级型clock gating都是通过提取各组register bank的共同使能信号，而每组register bank有各自的使能信号来实现降低toggle rate。而层次型clock gating技术是在不同模块间搜寻具备可以clock gating的register ，也即提取不同模块之间的共同使能信号和相关的CLK。

图1没有clock gating的register bank实现电路 图2 基于latch的clock gating 电路

综上所述，clock gating技术在超大规模集成电路的运用可以明显改善寄存器时钟的toggle rate 和减少芯片面积，从而实现芯片功耗和成本的降低。实际设计过程中，需要根据芯片电路的结构特点来选择，针对不同的电路结果选择合适的clock gating技术会实现不同效果。

参考文献

[1]L.Benini. P.Siegel， G.De Micheli “Automated synthesis of gated clocks for power reduction in Sequential circuits”， IEEE design and Test， winter 1994 pp.32-41.

[2]Power Compiler User Guide： Synopsys， Inc.， Y-2006.06， June 2006.

大规模集成电路设计篇2

关键词：数字电路；教学体系；重构；设计

中图分类号：G642.0？摇 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2014）06-0165-02

一、概述

数字技术是近几十年发展最快的技术，其发展对人类社会产生着深远的影响。作为数字技术硬件基础的数字电路遵循摩尔定律，在几十年中经历了从分立电路到集成电路的设计历程，到现在已进入片上网络（Network on Chip，NoC）的阶段。从数字电路的晶体管电路时代，历经中小规模集成电路设计时代，到现在广泛采用EDA工具进行ASIC设计以及基于FPGA进行设计的时代，电路设计的每一步发展过程都产生过很多重要的设计思想及设计方法。这些设计思想及方法的累积构成了现在的数字电路教学体系。然而，由于新旧体系高速更迭，使得目前的数字电路教学体系呈现一种拼接的模式，整体内容缺少因果链接，电路的逻辑设计、功能设计和性能设计三方面脱节。这种现状与当前数字技术领域对人才的要求极不适应。要对现状有所改革，首先需要对数字电路各部分内容有所了解，从中提取适应发展的部分，重新构成一个自洽的课程内容体系。本文希望通过对现有课程中不同部分内容进行分析，在此方面进行一些尝试。

二、基于晶体管的设计

目前，数字集成电路采用的主要工艺是CMOS工艺，在这种工艺条件下，电路逻辑结构由MOS晶体管担任开关作用来实现。MOS晶体管分为PMOS和NMOS两种形式，分别用于传导高电平（1）和低电平（0），如图1所示。逻辑输入控制晶体管的栅极，连通的晶体管支路由电源或地为逻辑输出提供标准输出电平，如图2所示。在晶体管的相互连接中，NMOS的串联可以实现AND运算，并联实现OR运算，由此可以形成各种基本的逻辑单元，如图3所示，这些逻辑单元的进一步连接可以形成各种功能电路。

在目前国内外教材的分析中，对此类电子电路的评价主要集中于晶体管数量。如何在设计中减少晶体管的使用量成为设计的主要目标。基于这一考虑，在基本单元层次，发展了AOI电路结构，将“与-或”二级结构形成一个整体，晶体管数量只与初级与门输入的数量相关。在功能设计的层次，引入卡诺图对逻辑方程进行最小化，其目标也是通过减少初级门输入端的数量来实现晶体管数量的减少。上述设计方法能够非常准确地表达数字电路的逻辑体系实现，并能建立组合逻辑的卡诺图分析设计方法和时序逻辑的转移输出表的分析设计方法，为数字电路的规范化设计体系奠定了很好的基础，也构成了目前数字电路设计的理论基础。但在目前的教学体系中，这种设计方法只是将晶体管作为标准开关器件使用。由于缺少有效的评价体系，目前逻辑分析仅停留在简单电路的分析设计，在中规模功能电路的分析设计中，几乎没有采用这一体系。在VLSI的设计时代，对电路性能的评价主要表现为集成度（占用芯片面积、成本）、速度（最长延迟时间、最高时钟频率）和功耗（最大功耗、平均功耗）等指标上。要实现同样的功能，利用逻辑定理可以设计出很多不同结构的电路，最优化成为设计中的中心环节。而要实现这一目标，在基本逻辑结构形成的阶段就需要补充对于相关性能的描述模型。

三、基于中小规模集成块的设计

在上世纪70～80年代，为了应对数字技术的广泛采用，发展了以74系列为代表的各种中小规模集成块。不同领域的用户可以选用尽可能少的通用集成块连接形成电路，满足自己的特殊系统需求。为了使用上的方便，中小规模集成块在外型和I/O端口性能方面都进行了统一标准设计，其输入/输出特性由Data sheet详细规定，用户在使用时可以不忽略其内部电路工艺及逻辑形成方式，只根据设计要求选取对应功能块，根据端口特性设计外部负载连接电路。考虑到通用模块可能需要对模拟器件进行驱动，此类电路通常都配备了强大的对外驱动电路，导致集成芯片中主要部分为I/O部件，逻辑功能部分只占据了集成芯片的次要部分。为了增加模块的通用性，通常会在基本功能的基础上添加许多额外的控制/状态端口（与集成块的总体成本相比，这些添加几乎不增加成本，但能够带来市场上的好处）。由于电路的成本、速度、功耗主要由I/O部件及外壳决定，简单逻辑与复杂功能的模块在价格和速度上相差不大，用户倾向于选用复杂功能模块来构成电路（使用模块的部分功能），而不是选用基本逻辑部件构成电路，电路设计的主要目标成为选择最少逻辑块及最少连线进行设计，与逻辑设计基本脱离关系。在目前的教学体系中，关于逻辑单元静态与动态特性的讨论基本采用这种方式讲解；各种组合功能电路的设计和时序功能电路的设计（二进制计数器、移位寄存器等）都采用此类方式。由于目前的实验条件，以及学生创新活动中自己设计小系统的需要，中小规模集成块仍然具有重要的使用价值，相关内容也就构成了数字电路课程教学中功能设计的主体部分。然而，中小规模集成块作为一种集成度低下的分立设计，其高成本和低速度是其不可避免的缺陷。如何将相应内容与低层逻辑设计合理地结合，将电路性能的评价带入到对不同结构设计的选择上，是解决这一问题的关键。在ASIC设计中，不会无谓地设计不需要用到的所谓多功能扩展，对功能模块的教学改革应该首先着眼于基本功能的最佳实现方式，然后考虑在不同应用中的最佳扩展设计方式。目前基于多功能器件进行设计，利用其部分电路的设计方式对中小规模集成块是优化的方式，但对于片上设计就是一种浪费的设计了。

四、基于HDL的设计

随着计算机技术的广泛采用，数字集成电路的设计也进入EDA时代。HDL使电路的设计描述和仿真验证可以利用计算机工具进行，方便于层次化设计中信息的交流、保存、修改，有效提高了设计效率，降低了设计成本。同时，基于FPDA的设计也成为中间设计的主流方式。为了适应这种发展，现行数字电路课程中开始引入HDL语言的内容，并对各种功能电路的描述编程进行了足够详细的介绍。同时也对FPGA的基本结构进行了介绍。利用这些内容，学生能够方便地使用计算机系统开展各类数字设计，扩大了数字电路的应用教学，通过对设计的仿真也能够更好地理解电路性能与设计的关系，使学生对数字电路设计有更实际的理解，也便于开展课程设计和各种实验活动。HDL是一种硬件电路的描述工具，主要帮助仿真过程的自动进行。而目前关于HDL的教学中，很少将电路逻辑与性能的关系反映到语言描述中，使语言的描述沦为对电路功能的描述，失去了EDA工具的使用本意。对电路性能描述中比较容易的是对延迟时间（或时钟频率限制）的描述。若要进行这方面的描述，HDL必须基于最基本的逻辑单元，设计者应对各种基本部件的时间延迟以及连线负载带来的时间延迟有足够的了解。而电路的功能设计描述则必须基于这种带时间延迟的部件互连设计（结构设计的描述）。此点在目前的HDL的教学中应特别强调。同时需要注意到，这种仿真一定要在与综合无关的工具上进行。对设计集成度的衡量取决于电路设计的综合方式。目前，在EDA设计领域尚未建立一种统一的综合方式，不同的综合工具采用不同的算法结构，综合效率各有不同。虽然综合算法本质上是基于基本逻辑优化理论建立的，但其中涉及的各种数学理论很多，不是数字电路这门课程能够解决的。因此，本课程无法涉足综合领域，也难以将课程内容与综合工具得到的结果形成对应关系。如何将基本理论与综合算法联系起来，形成一个统一的系统，应该是数字电路课程未来一段时间的改革目标。目前，很多的免费EDA工具采用FPGA作为综合的基础，这种综合工具的优点是能够方便地得到所设计电路的评价（占用单元数量、延迟时间、时钟频率）。然而，由于FPGA设计的基础是4输入查找表（等价于4输入卡诺图的最小项和设计），在基本逻辑层次上可以认为未进行任何化简，集成度低、延迟时间长。同时综合工具会根据4输入查找表建立优化算法进行综合，由此将用户进行的结构设计思想抹杀，不利于课程内容的相互衔接。如果要理解其综合结构，就必须首先建立FPGA基本单元和布线方式的电路参数模型，然后在此基础上建立独特的综合算法。目前，本课程难以完成这一任务。

五、统一体系的思考

基于上述分析，可以看到目前数字电路面临的困境，也展现了建立一个统一体系的需求。统一体系应该以电路性能参数（集成度、速度等）作为评价模型，着重考虑ASIC和VLSI设计中的需求。评价模型应该由底层基本器件（晶体管）开始分析建立，继承现有体系中关于逻辑设计的思想，将性能评价延伸到逻辑模块和功能模块层次；逻辑层次的设计中，主要展现功能的不同结构实现方式，为电路设计提供灵活性；而在功能层次的设计中，则通过对不同结构的性能进行比较，确定电路的最佳形成方式。HDL的设计应该将速度的评价融入到电路结构的描述中，并通过仿真工具的应用使这一评价能够推广到大系统中，对同步时序设计提供支持。

参考文献：

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[7]Frank Vahid. Digital Design with RTL Design，VHDL，and Verilog，A John Wiley & Sons，Inc.，Publication.2011：41-48.

大规模集成电路设计篇3

【关键词】集成电路 datapath布局

从20世纪50年代第一个晶体管问世之后，集成电路制造工艺按照“摩尔定律”飞速发展，到2012年，中国的集成电路产品产量位居世界第一，占全球出货量的比重达到90.6%。随着集成度的提高，芯片内部晶体管数目越来越多，传统的手工设计和小规模的设计模式已经无法适应集成电路越来越高的复杂性。因此，大力发展集成电路产业，极力推动我国信息产业的发展，将会极大地促进我国的国民经济和人民的生活水平。然而，与飞速增长的集成电路相比，相关的集成电路设计能力却远远跟不上时代的脚步，电路的复杂性以每年58%的速度在增长，相应的设计能力每年的长幅只有21%。Datapath模块在电路中出现的频率越来越高，有资料显示，在现代微处理器中，Datapath模块的面积已经达到总面积的30%～60%，Datapath已经成为现代数字集成电路的非常重要的组成部分。因此，Datapath单元布局的问题也引起人们的极大重视。如果这一类电路能够被很好的布局布线，那么电路的集成度和性能将会有很大提高，同时时延、布局面积和拥挤度等都会有所改善。

1 国内外datapath布局的基本情况

传统的布局布线方法只是基于时延、布局面积和拥挤度等作为约束条件进行优化，数据通路本身的特殊性在布局布线当中并没有得到充分的考虑，因此，这种高性能规则化的数据通路电路在布局布线当中没有达到良好的效果。总结国内外现有的设计流程和算法，大致可以分为两种类型，一类是综合工具，一类是提取工具。

Terry Tao Ye提出的抽象物理模型算法属于综合工具：该算法对电路综合前的逻辑设计信息进行整理，对其中的功能块进行建模，对每一种运算单元建立相应的标准单元组，并抽象成具有不同I/O数量和类型的矩形，然后在布局前预处理网表，采用匹配的方法决定标准单元的归属，并把这些单元在布图区域里进行映射从而完成布局。A.Chowdhary提出的一个自动模板匹配法也属于综合工具，该算法同样是根据电路逻辑设计的结果自动生成一些模板，然后对网表中的单元进行匹配，不同的是，他建立的单元组是树状的。上述这两种方法拥有“综合工具”类方法的共同点，就是在提取规则性信息时要求回溯到综合阶段以前的硬件描述语言中，从中得到大多数信息。但是，在大多数实际情况中，布局算法的输入是纯粹的综合后的电路网表，并没有初始硬件描述，原有的规则性信息在综合后都丢失了，这类算法在这种情形下几乎不再适用。“提取工具”类算法恰好相反，它是在电路网表中通过一定的提取算法进行规则性信息的提取，而不需要电路综合前的硬件描述信息，因而特别适用于一般意的datapath单元布局。R.X.T. Nijssen提出了一种基于单元连接关系分析的提取算法，该算法通过分析单元连接度和数据流向等电路属性来判断单元之间的关系，并据此提取规则单元。国内清华大学的博士也提出了一种基于单元规则排列的datapath布局算法（DPP）能够保持bit slice结构，并且能够提高功率和减小布局面积，还可以结合到任何P&R工具当中，算法提出了一个新的不规则度（irregularity degree）模型来衡量单元之间连接关系的规则性，并根据这个模型提出了规则提取算法，由提取算法抽取的规则单元排列成矩阵，最后算法把规则矩阵转化为并行约束并通过二次布局算法实现了datapath单元布局。

2 datapath结构特点

Datapath是并行进行多位数操作的数字集成电路，其在逻辑上和物理结构上具有规则性，与随机逻辑单元（即控制逻辑单元）不同，它经常用于算术逻辑单元，每一个操作会和一个功能块相关，如图1所示。客户的要求不同，功能块就不同，一般有加法器、寄存器族、触发器、多路选择和多路控制器、译码器、解码器、比较器等。位之间的连接是由操作定义的，因此，电路中存在两种意义上的互连流，一种是数据流，一种是控制流。数据流一般是并行的多位数据。控制流可以是全局的控制信号，对每一位同时产生作用；也可以是局部的控制信号，控制相邻几位，如图2所示。

在标准单元模式的布局背景下，根据操作的数据位数，datapath的功能块被设计成相应个数的标准单元，每个单元负责一个数据位上的操作，相同功能块的单元形成列状排列的叫“列（word-line）”；一个列中的单元之间多通过控制线相连，不同功能块里对相同的位进行操作的单元可以排列成行叫“行（slice）”，相同行中的单元之间多通过数据线相连。这样，datapath电路在设计时就被看成是按行和列结构规则排列的单元矩阵，这个矩阵称为“规则矩阵”，矩阵中的单元称为“规则单元”，而datapath电路中规则单元成矩阵排列的这种特殊结构被称为bit-slice结构。图1为一个datapath电路的逻辑设计结构，图2为相应的成矩阵状排列的物理布局结构，这也是datapath电路最理想的布局结果。

如图3所示，正因为datapath电路的bit-slice结构具有高度的规则化和结构化，吸引了设计者们想要以规则化的布局方式达到高性能、布局面积小的目的。每一组功能相近的组件被称为datapath的一个stage，如图3，顶部的一组datapath组件也可以分为几个stage，电路的数据流向一般与stage顺序方向一致，但是stage内部也可以有自己的数据流向，如stage3，在位列之间也会有数据流，如stage2，一个stage到下一个stage之间，可以有一对多或多对一的输入输出关系。这种规则化的原理图一般可以整体转化为一个规则化的布局。在特殊情况下，数据流可能会很长，以至于无法形成一个简单规则的bit-slice结构，我们在布图当中就会解决这个问题。

3 datapath电路的布局要求

Datapath对布局的要求源于其自身的电学性能的要求。由于datapath电路一般由几百至几千个标准单元组成，规模较小，较一般芯片来说单元数量少，所以对线长的要求并不十分高。但由于datapath模块在整个芯片里承担主要的计算任务，因此对最大时延、串扰、信号时延平衡等性能指标的要求相对较高。其中时延是指信号到达一个单元的时间与要求时间的最大延迟，信号时延平衡则指同一信号到达同一功能块中不同位上的单元的时延差异，可以通过计算信号到达同一列上不同单元的延迟的最大、最小值的比值来大致衡量。对于最大时延的优化有已经很多文献研究，但对于信号时延平衡到目前并没有找到很好的数学模型，解决起来比较困难。但是，人们在长期的设计实践中发现：如果datapath单元的布局能够参考设计时给出的规则化的bit-slice结构，那么线网互联的延时将会得到改善，这是由于布局的过程从很大程度上借鉴了datapath电路本身的特点，datapath电路中比例最大的数据线（比如Bus线网）将最大程度的分布在行内，减少了线网在行与行之间的交叠；同时，由于行与行之间的相似性，类型相同的线网在长度和信号方向上都相差无几，这对减少信号偏差、降低串扰无疑十分有利，由此得到的布局结果往往能在最大时延和时延平衡性方面都获得良好的效果。另一方面，由于布局结果与datapath设计的拓扑结果十分一致，这将有利于设计者在综合阶段就能对datapath电路的时延等性能指标做出比较精确的估计，从设计的整体过程上提高电路的质量。也就是说：datapath电路特殊的结构和性能要求我们在布局过程中要使datapath电路能够很好的实现单元的规则化排列。

4 datapath电路布局的基本方法

Datapath电路的布局方法一般分为两个步骤，第一部是提取规则单元，第二布是规则单元布图规划。

4.1 规则单元的提取

实现单元规则化排列首先要掌握单元的规则性信息，即如何区分规则单元和自由单元，以及区分规则单元与在规则矩阵中相邻的其他单元之间的位置关系等。正常情况下，结构规则的逻辑单元一般都出现在datapath组件里，目前主要有两种提取规则单元的方法：一是覆盖，在所有可能要用的模块当中提取所有功能和结构相似的模块，然后选出最好的映射在电路当中。二是膨胀，发现相邻位块之间有相似的逻辑或结构的一部分逻辑门作为模板，再将周围电路与之前的模板进行比较，看是否具有相似的规则化，如果不规则度小于一定阈值的，则可以把模板扩大，继续膨胀找到相似结构，如果不规则度太大，则停止膨胀，得到最后相关的规则电路。

4.2 规则电路的布图规划

Datapath的布图规划就是要给datapath组件找到合适的相对位置，同时依据数据流的方向。其目的就是要实现在没有重叠布局的前提下，布图面积和互连线长达到最优化的结果。Datapath的布图规划最大的特点是线网的大多数是总线并且与数据流的方向一致。当数据流长度过大时，有两种方法解决，一种方法是把较长的为线分为几个部分然后把他们依次布局在电路中，以最大宽度和高度为约束，找到最优的分解办法和布图方式，如图4（a）；另一种方法是用般的模块封装的算法并且把数据流方向的约束加上，确保每一级的操作都是按顺序的，如图4（b）。

参考文献

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[2]A. Chowdhary，S.Kale，P.Saripella，N. Sehgal and R.Gupta.A General APProach for Regularity Extraction in DatapathCircuits[C].International Conference on Computer-Aided Design，1998.

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[4]杨长旗.超大规模集成电路混合模式布局算法研究和系统设计[D].清华大学博士论文，2004.

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[6]Ulf J?lmbrant and MattiasWinsten.Structured Digital Design.CiteSeerx， Scientific Literature Digital Library and Search Engine[J].version 1.02，2007：1-4.

作者简介

郝燕芳（1990-），女，山西省晋中市人。现为中国矿业大学（北京）硕士研究生。研究方向为计算机系统结构、集成电路。

大规模集成电路设计篇4

关键词：微电子学；实验室建设；教学改革；

1微电子技术的发展背景

美国工程技术界在评出20世纪世界最伟大的20项工程技术成就中第5项——电子技术时指出：“从真空管到半导体，集成电路已成为当代各行各业智能工作的基石”。微电子技术发展已进入系统集成(SOC—SystemOnChip)的时代。集成电路作为最能体现知识经济特征的典型产品之一，已可将各种物理的、化学的和生物的敏感器(执行信息获取功能)和执行器与信息处理系统集成在一起，从而完成从信息获取、处理、存储、传输到执行的系统功能。这是一个更广义的系统集成芯片，可以认为这是微电子技术又一次革命性变革。因而势必大大地提高人们处理信息和应用信息的能力，大大地提高社会信息化的程度。集成电路产业的产值以年增长率≥15%的速度增长，集成度以年增长率46%的速率持续发展，世界上还没有一个产业能以这样的速度持续地发展。2001年以集成电路为基础的电子信息产业已成为世界第一大产业。微电子技术、集成电路无处不在地改变着社会的生产方式和人们的生活方式。我国信息产业部门准备充分利用经济高速发展和巨大市场的优势，精心规划，重点扶持，力争通过10年或略长一段时间的努力，使我国成为世界上的微电子强国。为此，未来十年是我国微电子技术发展的关键时期。在2010年我国微电子行业要实现下列四个目标：

(1)微电子产业要成为国民经济发展新的重要增长点和实现关键技术的跨越。形成2950亿元的产值，占GDP的1.6%、世界市场的4%，国内市场的自给率达到30%，并且能够拉动2万多亿元电子工业产值。从而形成了500~600亿元的纯利收入。

(2)国防和国家安全急需的关键集成电路芯片能自行设计和制造。

(3)建立起能够良性循环的集成电路产业发展、科学研究和人才培养体系。

(4)微电子科学研究和产业的标志性成果达到当时的国际先进水平。

在这一背景下，随着国内外资本在微电子产业的大量投入和社会对微电子产品需求的急骤增加，社会急切地需要大量的微电子专门人才，仅上海市在21世纪的第一个十年，就需要微电子专门人才25万人左右，而目前尚不足2万人。也正是在这一背景下，1999年以来，全国高校中新开办的微电子学专业就有数十个。2002年8月教育部全国电子科学与技术专业教学指导委员会在贵阳工作会议上公布的统计数据表明，相当多的高校电子科学与技术专业都下设了微电子学方向。微电子技术人才的培养已成为各高校电子信息人才培养的重点。

2微电子学专业实验室建设的紧迫性

我国高校微电子学专业大部分由半导体器件或半导体器件物理专业转来，这些专业的设立可追溯到20世纪50年代后期。办学历史虽长，但由于多年来财力投入严重不足，而微电子技术发展迅速，国内大陆地区除极个别学校外，其实验教学条件很难满足要求。高校微电子专业实验室普遍落后的状况，已成为制约培养合格微电子专业人才的瓶颈。

四川大学微电子学专业的发展同国内其它院校一样走过了一条曲折的道路。1958年设立半导体物理方向(专门组)，在其后的40年中，专业名称几经变迁，于1998年调整为微电子学。由于社会需求强劲，1999年微电子学专业扩大招生数达90多人，是以往招生人数的2倍。当时，我校微电子学专业的办学条件与微电子学学科发展的要求形成了强烈反差：实验室设施陈旧、容量小，教学大纲中必需的集成电路设计课程和相应实验几乎是空白；按照新的教学计划，实施新课程和实验的时间紧迫，基本设施严重不足；教师结构不合理，专业课程师资缺乏。

在关系到微电子学专业能否继续生存的关键时期，学校组织专家经过反复调研、论证，及时在全校启动了“523实验室建设工程”。该工程计划在3~5年时间内，筹集2~3亿资金，集中力量创建5个适应多学科培养创新人才的综合实验基地；重点建设20个左右基础(含专业及技术基础)实验中心(室)；调整组合、合理配置、重点改造建设30个左右具有特色的专业实验室。“523实验室建设工程”的启动，是四川大学面向21世纪实验教学改革和实验室建设方面的一个重要跨越。学校将微电子学专业实验室的建设列入了“523实验室建设工程”首批重点支持项目，2000年12月开始分期拨款275万元，开始了微电子学专业实验室的建设。怎样将有限的资金用好，建设一个既符合微电子学专业发展方向，又满足本科专业培养目标要求的微电子学专业实验室成为我们学科建设的重点。

3实验室建设项目的实施

3.1整体规划和目标的确立

微电子技术的发展要求我们的实验室建设规划、实验教改方案、人才培养目标必须与其行业发展规划一致，既要脚踏实地，实事求是，又必须要有前瞻性。尤其要注意国际化人才的培养。微电子的人才培养若不能实现国际化，就不能说我们的人才培养是成功的。

基于这样的考虑，在调查研究的基础上，我们将实验室建设整体规划和目标确定为：建立国内一流的由微电子器件平面工艺与器件参数测试综合实验及超大规模集成电路芯片设计综合实验两个实验系列构成的微电子学专业实验体系，既满足微电子学专业教学大纲要求，又适应当今国际微电子技术及其教学发展需求的多功能的、开放性的微电子教学实验基地。我们的目标是：

(1)建立有特色的教学体系——微电子工艺与设计并举，强化理论基础、强化综合素质、强化能力培养。

(2)保证宽口径的同时，培养专业技能。

(3)建立开放型实验室，适应跨学科人才的培养。

(4)在全国微电子学专业的教学中具有一定的先进性。

实践中我们认识到，要实现以上目标、完成实验室建设，必须以教学体系改革、教材建设为主线开展工作。

3.2重组实验教学课程体系，培养学生的创新能力和现代工业意识

实验课程体系建设的总体思路是培养创造性人才。实验的设置要让学生成为实验的主角和与专业基础理论学习相联系的主动者，能激发学生的创造性，有专业知识纵向和横向自主扩展和创新的余地。因此该实验体系将是开放式的、有层次的和与基础课及专业基础课密切配合的。实验教学的主要内容包括必修、选修和自拟项目。我们反复认真研究了教育部制定的本科微电子学专业培养大纲及国际上对微电子学教学提出的最新基本要求。根据专业的特点，充分考虑目前国内大力发展集成电路生产线(新建线十条左右)和已成立近百家集成电路设计公司对人才的强烈需求，为新的微电子专业教学制定出由以下两个实验系列构成的微电子学专业实验体系。

(1)微电子器件平面工艺与器件参数测试综合实验。

这是微电子学教学的重要基础内容，也是我校微电子学教学中具有特色的实验课程。这一实验系列将使学生了解和初步掌握微电子器件的主要基本工艺，工艺参数的控制方法和工艺质量控制的主要检测及分析方法，深刻地了解成品率在微电子产品生产中的重要性。同时，半导体材料特性参数的测试分析系列实验是配合“半导体物理”和“半导体材料”课程而设置的基本实验，通过整合，实时地与器件工艺实验配合，虽增加了实验教学难度，却使学生身临其境直观地掌握了工艺对参数的影响、参数反馈对工艺的调整控制、了解半导体重要参数的测试方法并加深对其相关物理内涵的深刻理解。这样的综合实验，对于学生深刻树立产品成品率，可靠性和生产成本这一现代工业的重要意识是必不可少的。

(2)超大规模集成电路芯片设计综合实验。

这是微电子学教学的重点基础之一。教学目的是掌握超大规模集成电路系统设计的基本原理和规则，初步掌握先进的超大规模集成电路设计工具。该系列的必修基础实验共80学时，与之配套的讲授课程为“超大规模集成电路设计基础”。除此而外，超大规模集成电路测试分析和系统开发实验不仅是与“超大规模集成电路原理”和“电路系统”课程套配，使学生更深刻的理解和掌握集成电路的特性；同时也是与前一系列实验配合使学生具备自拟项目和独立创新的理论及实验基础。

3.3优化设施配置，争取项目最佳成效

由于项目实施的时间紧迫、资金有限。我们非常谨慎地对待每一项实施步骤。力图实现设施的优化配置，使项目产生最佳效益。最终较好地完成了集成电路设计实验体系和器件平面工艺实验体系的实施。具体内容包括：

(1)集成电路设计实验体系。集成电路设计实验室机房的建立——购买CADENCE系统软件(IC设计软件)、ZENILE集成电路设计软件；集成电路设计实验课程体系由EDA课程及实验、FPGA课程及实验、PSPICE电路模拟及实验、VHDL课程及实验、ASIC课程及实验、IC设计课程及实验等组成。

(2)器件平面工艺实验体系和相关参数测试分析实验。结合原有设备新购并完善平面工艺实验系统，包括：硼扩、磷扩、氧化、清洗、光刻、金属化等；与平面工艺同步的平面工艺参数测试，包括：方块电阻、C-V测试(高频和准静态)、I-V测试、Hall测试、膜厚测试(ELLIPSOMETRY)及其它器件参数测试(实时监控了解器件参数，反馈控制工艺参数)；器件、半导体材料物理测试设备，如载流子浓度、电阻率、少子寿命等。

(3)与实验室硬件建设配套的软件建设和环境建设。实验室环境建设、实验室岗位设置、实验课程的系统开设、向相关学院及专业提出已建实验室开放计划、制定各项管理制度。

在实验室的阶段建设中，我们分步实施、边建边用、急用优先，在建设期内就使实验室发挥出了良好的使用效益。

3.4强化管理，实行教师负责制

新的实验室必须要有全新的管理模式。新建实验室和实验课程的管理将根据专业教研室的特点，采取教研室主任和实验室主任统一协调下的教师责任制。在两大实验板块的基础上，根据实验内容的布局进一步分为4类(工艺及测试，物理测试，设计和集成电路参数测试，系统开发)进行管理。原则上，实验设施的管理及实验科目的开放由相应专业理论课的教师负责，在项目的建立阶段，将按前述的分工实施责任制，其责任的内容包括：组织设备的安装调试，设备使用规范细则的制定，实验指导书的编写等。根据专业建设的规划，在微电子实验室建设告一段落后，主管责任教师将逐步由较年青的教师接任。主管责任教师的责任包括：设备的维护和保养，使用规范和记录执行情况的监督，组织对必修和选修科目实验指导书的更新，组织实验室开放及辅导教师的安排，完善实验室开放的实施细则等。

实验课将是开放式的。结合基础实验室的开放经验和微电子专业实验的特点，要求学生在完成实验计划和熟悉了设备使用规范细则的条件下，对其全面开放。对非微电子专业学生的开放，采取提前申请，统一完成必要的基础培训后再安排实验的方式。同时将针对一些专业的特点编写与之相适应的实验教材。

4取得初步成果

微电子学专业实验室通过近3年来的建设运行，实现或超过了预期建设目标，成效显著，于2002年成功申报为&quot；四川省重点建设实验室&quot；。现将取得的初步成果介绍如下：

(1)在微电子实验室建设的促进下，为适应新条件下的实验教学，我们调整了教材的选用范围。微电子学专业主干课教材立足选用国外、国内的优秀教材，特别是国外能反映微电子学发展现状及方向的先进教材，我们已组织教师编撰了能反映国际上集成电路发展现状的《集成电路原理》，选用了最新出版教材《大规模集成电路设计》，并编撰、重写及使用了《集成电路设计基础实验》、《超大规模集成电路设计实验》、《平面工艺实验》、《微电子器件原理》、《微电子器件工艺原理》等教材。

在重编实验教材时，改掉了&quot；使用说明&quot；式的教材编写模式。力图使实验教材能配合实验教学培养目标，启发学生的想象力和创造力，尤其是诱发学生的原发性创新能力乃至创新冲动。

(2)对本科微电子学的教学计划、教学大纲和教材进行了深入研究和大幅度调整，并充分考虑了实验课与理论课的有机结合。坚持并发展了我校微电子专业在器件工艺实验上的特色和优势，通过对实验课及其内容进行整合更新，使实验更具综合性。如将过去的单一平面工艺实验与测试分析技术有机的结合，将原来相互脱节的芯片工艺、参数测试、物理测试等有机地整合在一起，以便充分模拟真实芯片工艺流程。使学生在独立制造出半导体器件的同时，能对工艺控制进行实时综合分析。

(3)引入了国际上最通用、最先进的超大规模集成电路系统设计教学软件(如CADENCE等)，使学生迅速地掌握超大规模集成电路设计的先进基本技术，激发其创造性。为了保证这一教学目的的实现，我们对

专业的整体教学计划做了与之配合的调整。在第5学期加强了电子线路系统设计(如EDA、PSPICE等)的课程和实验内容。在教学的第4学年又预留了足够的学时，作为学生进一步掌握这一工具的选修题目的综合训练。

(4)所有的实验根据专业基础课的进度分段对各年级学生随时开放。学生根据已掌握的专业理论知识和实验指导书选择实验项目，提出实验路线。鼓励学生对可提供的实验设施作自拟的整合，促进学生对实验课程的全身心的投入。

在实验成绩的评定上，不简单地看实验结果的正确与否，同时注重实验方案的合理性和创造性，注重是否能对实验现象有较敏锐的观察、分析和处理能力。

(5)通过送出去的办法，把教师和实验人员送到器件公司、设计公司培训，并积极开展了校内、校际间的进修培训。推促教师在专业基础和实验两方面交叉教学，提高了教师队伍的综合素质。

(6)将集成电路设计实验室建设成为电子信息类本科生的生产实习基地，为此，我们参加了中芯国际等公司的多项目晶圆计划。

加入了国内外EDA公司的大学计划，以利于实验室建设发展和提高教学质量，如华大公司支持微电子实验室建设，赠送人民币1100万元软件(RFIC，SOC等微电子前沿技术)已进入实验教学。

5结语

大规模集成电路设计篇5

【关键词】IC产业集群升级地方政府作用政策建议

【中图分类号】F291.1 【文献标识码】A 【文章编号】1004-6623（2012）05-0089-04

一、上海IC集群总体概况

上海IC集群，是以IC制造为重点，包括IC设计、封装、测试、原材料、光掩膜，以及模具、设备生产和维护、人才培训等相关配套服务的较为完整的IC地方产业网络。上海IC集群的空间范围，是以张江高科技园区为核心、延伸到金桥出口加工区和外高桥保税区的浦东微电子产业带（核心区），和漕河泾、松江、青浦为扩展区的IC产业集聚区。其中芯片制造业代表企业有中芯国际集成电路制造有限公司、上海宏力半导体制造有限公司和上海华虹NEC电子有限公司；芯片设计企业代表有展讯通讯（上海）有限公司、AMD；封装测试企业代表有安靠和日月光等；设备材料业企业代表有中微半导体设备（深厚）有限公司和盛美半导体设备有限公司。

上海IC集群，在全国占有非常重要的地位。多年销售收入在全国集成电路产业中占据1/3以上的份额（表1）。从产业链各环节看，芯片制造业、设计、封装测试等产业都占有114以上的比重。

公共服务平台建设一直是上海营造产业环境，提高产业高端技术的研发实力、加快高新技术产业化步伐的重要抓手。国家在上海建立了第一个部级集成电路产业基地、第一家集成电路设计专业孵化器，目前集成电路产业的公共服务平台主要有上海集成电路研发中心、上海集成电路技术与产业促进中心、上海硅知识产权交易中心和上海集成电路测试技术平台。上海集成电路研发中心拥有开放的集成电路工艺技术研发和中试平台。主要业务包括为行业提供技术来源和知识产权保护、工艺研发和验证服务，面向设计企业开发特色工艺模块和人才实训等。上海集成电路测试技术平台则以政府补贴、有偿共享的方式，为集成电路开发和生产企业提供专业测试技术服务。

二、上海IC集群升级面临的主要问题

1.产业规模偏小，盈利能力弱

上海集成电路产业的整体发展还处于初始阶段，突出表现为产业规模小，单体规模小，盈利能力弱。在产业构成上，2009年上海IC设计业销售收入为36.5亿元、制造业为146.7亿元、封测业为183.7亿元，仅为台湾新竹IC的1/25、1/11和1/4。同国际先进集成电路企业比较，上海集成电路企业在规模和盈利能力上均有很大的差距。中芯国际为上海最大的集成电路制造企业，与全球第一的代工厂的台积电相比，销售收入仅为台积电的15%，盈利能力更是相差甚远。中芯国际与新加坡特许半导体销售收入分列全球第三、四位，但前者毛利率仅为后者的1/3。展讯作为上海最大的设计公司，在销售收入、研发投入和盈利能力等方面，与国际著名设计公司都存在较大差距。

2.在全球价值链中处于低端环节

上海IC地方产业网络，是以代工制造环节嵌入生产者驱动的价值链当中，主要从事一般元器件的生产以及整机的加工和组装。设计公司弱小，制造封装测试环节规模最大，近年IC产业3/4以上销售收入来源于制造和封装测试等低价值链环节。由于IC产业是知识技术、资本密集型产业，全球IC产业价值链由研发设计力量强大、制程技术先进，并掌握系统集成核心技术的美、欧、日的IDM（整合元器件制造）公司控制。他们通过制定规制、标准和监督规则、标准的实施，来整合价值链的价值创造活动，最终获取了价值创造的绝大部分。

3.周边地区形成了对上海IC集群的强劲竞争和挑战

除集成电路设计业落后、中高级技术人员不足的制约因素外，商务成本提高也使得上海IC集群面临挑战。虽然集成电路业特别强调企业网络的完善性，但是商务成本（包括土地成本、劳动力成本等）等因素也会显著影响产业链上某些环节的分布。土地作为一种不可再生资源，近年来随着上海经济的发展而价格飞涨，上海的劳动力成本与周边的苏州、无锡相比也逐渐丧失优势。集成电路企业选址时不得不权衡上海的集聚效应带来的成本降低、较高的要素成本与预期利润。一些集成电路制造厂投资项目最终主要因为上海的商务成本过高而选择了上海周边地区，2008及2009年江苏省的销售收入已超过上海市，成为国内集成电路第一大省。近两三年随着武汉新芯12英寸生产线、成都成芯和重庆渝德8英寸生产线建成投产、英特尔成都封装测试工厂投产以及西安应用材料公司技术中心的建设，中西部地区IC产业发展的势头不可小觑。

4.国际硅周期和金融危机对上海IC集群的冲击

2000年以来，随着全球化的推进、跨国公司的产业转移，上海IC集群经历了快速发展阶段后，遭遇了前所未有的国际集成电路行业和金融危机的巨大冲击。从销售收入来看，2001年到2004年翻了一番，2003至2006年年均增长率达到50%。到2007年步入硅周期，全球集成电路产业不景气，上海集成电路产业仅实现销售收入389.5亿元，同比增长2.5%.增速明显放缓。受到国际半导体市场的影响，2008—2009年上海IC产业呈现负增长，2009年销售收入降为402亿元，增长率为一12%，比同期全国IC产业销售收入跌幅还多1个百分点，这说明，上海IC产业遭遇了较全国更大的冲击。

三、推进上海IC集群升级的政策建议

1.科学制定上海IC集群规划，实施价值模块协同网战略

一是要找准上海IC集群在全球和全国价值链中的位置。随着国家实施“国家科技重大专项”和本市加紧实施推进“高新技术产业化”等项目，抓住整机业与集成电路设计业的联动环节，形成从集成电路设计、制造、封装测试到产业化应用的大产业链，确立产业升级路线图，确立上海IC在全国IC设计业及其产业化的领先地位，并推动上海IC集群在全球价值链中的位置不断攀升。

二是调整和优化区域产业布局及定位。科学分析浦东、松江、紫竹园区的产业链优势环节，每个园区确立1～2个优势环节，其余非优势环节给予鼓励政策转移到相应园区，避免过度竞争，资源浪费。张江重点发展集成电路设计和微电子装备；外高桥发展集成电路封装测试；金桥建设部级通信产业基地，重点集聚和发展移动通讯设备和光机电一体化；康桥发展以华硕公司为标杆企业的手机、个人电脑等消费类终端产品。

三是实施价值模块协同网络（VMCN）战略。模块协同网络是通过加强集群内相关企业间的水平联系，通过协作、创新、竞争全面满足市场的差异化需求，将模块供应商、业务流程与系统管理等结合在一起，形成强大、集成、灵敏的全球化模块化产业集群。上海IC集群可以发挥地方政府的优势，将集群内的大量同类型本地企业，协同组织，建立复杂的水平联系网络，协同集群内中介服务机构、大学和科研机构等区域本地行为主体，组成灵活敏捷、协同互补的动态经济体系，有效实现价值创造过程的网络化整合，并通过企业和不同知识背景、知识结构的不同行为主体的知识交流与碰撞，激发集群创新发生。在有效利用全球网络的同时，积极实施本土化战略，增加网络的密度，拓宽相互学习的界面。

2.加快IC产业整合转型，提升创新能力

对上海IC产业来说，加快整合转型，促进产业集聚和企业做大做强，同样是IC集群升级的紧迫需要。应抓住国家鼓励产业整合重组的机遇，采取强有力的扶持措施，通过政策、资金和市场引导等途径，对产品技术水平高和市场前景好的企业，加快整合IC芯片制造、设计企业，建立自主可控的集成电路产业体系，尽快形成几个上规模的企业，为培育世界级集成电路企业作准备。以IC产业航母，撬动龙头企业的跨国混合网络，加速集群国际知识的获取、吸收、创造性运用，从而为本地IC集群的跨越式升级创造条件。要从自身实际出发，加快技术和产品创新速度。要以《国家中长期科学和技术发展规划纲要》确定的16个国家重大专项重点提升集成电路企业研发创新能力、突破核心技术的机遇，引导本地企业根据国内市场的实际需求加大新产品的开发力度，快速占领新兴市场，增加企业竞争力。

3.争取国家和地方的政策支持，实施积极的人才战略

一是落实2008年财税1号文有关优惠政策，国家规划布局内软件企业涵盖重点集成电路设计企业，将集成电路设计企业认定为“生产型企业”，享受出口退税政策，使其在国内完成设计后顺利投入生产出口到国内外市场，并将集成电路产业优惠政策覆盖半导体产业链诸环节。二是对公司的跨国研发给予财政政策支持，取消“出口”和“进口”的双向税赋成本，规定企业在国外的研发专利可以作为国内企业申报高新技术企业的依据，可以享受相关税收减免的优惠政策。三是鼓励地方企业利用中国本土大学、科研院所等与国外相应机构的“非赢利合作”关系，建立国外有关法律、科技制度的“专家咨询库”，通过“迂回”战略间接嵌入到西方知识网络，从而脱离于跨国公司独立发展奠定基础。

IC产业是知识密集型产业，专业化、高端人才对于IC集群的升级至关重要。可以借鉴国外的发展经验，制定高工资、低（零）个人所得税、股权奖励等优惠的人才吸引政策，吸引海外集成电路设计、制造、管理专家前来工作。可以通过提高员工待遇。加强产业间的网络联动来进一步强化企业网络优势。同时重视技术人才的培养，为基层作业员、技工、工程师提供较好的专业素质培训。这样的措施对设计企业和制造企业都是至关重要的。当然，要从根本上解决上海IC人才问题，地方政府必须制定积极人才政策，将人才待遇与户籍制度、住房、社会保障、配偶工作、子女教育与就业统筹考虑，使人才引得来、留得住。

4.充分发挥协会、企业管理咨询服务平台职能

建议政府及其相关部门“抓大放小”，将具体事务性职能交由协会办理。在建立产业同盟方面，建议进一步发挥好行业协会的作用，促进和推动lC产业的协同发展。可以授权协会实施或参与产业联盟的培育、建设和运作，构建公共服务平台，通过协会的推进来形成产学研结合的运行机制，发挥协会在行业管理中的主体作用。可以参考香港政府和香港工程师协会的做法，以政府（工程类）公务员的要求对协会的会员标准进行认定。在提升企业自主创新能力方面，政府和市、区两级行业协会结合起来，具体放手让协会去做。提供孵化楼的同时，为中小企业提供更加优质的创业服务；打造风险投资机构积聚地，重点培养有自主创新的重点企业。通过行业协会，促成IC产业的产业联盟。

大规模集成电路设计篇6

改革开放以来，经过大规模引进消化和90年代的重点建设，目前我国半导体产业已具备了一定的规模和基础，包括已稳定生产的7个芯片生产骨干厂、20多个封装企业，几十家具有规模的设计企业以及若干个关键材料及专用设备仪器制造厂组成的产业群体，大体集中于京津、沪苏浙、粤闽三地。

我国历年对半导体产业的总投入约260亿元人民币（含126亿元外资）。现有集成电路生产技术主要来源于国外技术转让，其中相当部分集成电路前道工序和封装厂是与美、日、韩公司合资设立。其中三资企业的销售额约占总销售额的88%（1998年）。民营的集成电路企业开始萌芽。

设计：集成电路的设计汇集电路、器件、物理、工艺、算法、系统等不同技术领域的背景，是最尖端的技术之一。我国目前以各种形态存在的集成电路设计公司、设计中心等约80个，工程师队伍还不足3000人。2000年，集成电路设计业销售额超过300万元的企业有20多家，其中超过1000万的约10家。超过1亿的4家（华大、矽科、大唐微电子和士兰公司）。总销售额10亿元左右。年平均设计300种左右（其中不到200种形成批量）。

现主要利用外商提供的EDA工具，运用门阵列、标准单元，全定制等多种方法进行设计。并开始采用基于机构级的高层次设计技术、VHDL，和可测性设计技术等先进设计方法。设计最高水平为0.25微米，700万元件，3层金属布线，主线设计线宽0.8-1.5微米，双层布线。[1]目前，我国在通信类集成电路设计有一定的突破。自行设计开发的熊猫2000系列CAD软件系统已开发成功并正在推广。这个系统的开发成功，使我国继美国、欧共体、日本之后，第四个成为能够开发大型的集成电路设计软件系统的国家。目前逻辑电路、数字电路100万门左右的产品已可以用此设计。

前工序制造：1990年代以来，国家通过投资实施“908”、“909”工程，形成了国家控股的骨干生产企业。其中，中日合资、中方控股的华虹NEC（8英寸硅片，0.35-0.25微米，月投片2万片），总投资10亿美元，以18个月的国际标准速度建成，99年9月试投片，现已达产。该工程使我国芯片制造进入世界主流技术水平，增强了国内外产业界对我国半导体产业能力的信心。

在前8家生产企业中，三资企业占6家，总投资7.15亿美元，外方4.69亿美元，占66%.目前芯片生产技术多为6英寸硅片、0.8-1.5微米特征尺寸。7个主干企业生产线的月投片量已超过17万片，其中6～8英寸圆片的产量占33％以上。

目前这些企业生产经营情况良好。2000年，七个骨干企业总销售额达到56亿元人民币，利润7.5亿元，利润率达到13%.同年全国电子信息产业总销售额5800亿元人民币，利润380亿，利润率6.5%.

封装：由于中国是目前集成电路消费大国，同时国内劳动力、土地资源价格相对便宜，许多国外大型集成电路生产企业在中国建立了合资或独资集成电路封装厂。

国内现有封装企业规模都不大，而且所用芯片、框架、模塑料等也主要靠进口，因此大量的集成电路封装产品也只是简单加工，技术上与国际封装水平相差较远。主要以DIP为主，SOP、SOT、BGA、PPGA等封装方式国内基本属于空白。

集成电路封装业在整个产业链中技术含量最低，投入也相对较少（与芯片制造之比一般为10：1）。我国目前集成电路年封装量，仅占世界当年产量的1.8%～2.5%，封装的集成电路仅占年进口或消耗量的13%～14.4%，即中国所用85%以上的集成电路都是成品进口。

2000年，我国集成电路封装业的销售收入超过130亿元，其中销售收入超过1亿元的14家，全年封装电路近45亿块，其中年封装量超过5亿块的5家。

材料、设备、仪器：围绕6英寸芯片生产线使用的主要材料（硅单晶、塑封料、金丝、化学试剂、特种气体等）、部分设备（单晶炉、外延炉、扩散炉、CVD、蒸发台、匀胶显影设备、注塑机等）、仪器（40MHz以下的数字测试设备、模拟测试设备及数模混合测试设备）、部分仪器（40MHz以下的数字测试设备、模拟测试设备及数模混合测试设备）国内已能提供。

芯片制造设备，我国只具备部分浅层次设计制造能力，如电子45所已有能力制造0.5微米光刻机等。

半导体分立器件：2000年，全年分立器件的销售额60亿，产量341亿只。

供需情况和近期发展形势

20世纪90年代，我国集成电路产业呈加速发展趋势，年均增长率在30%以上。2000年，我国集成电路产量达到58.8亿块，总产值约200亿人民币（其中设计业10亿，芯片制造56亿，封装130亿）。如果加上半导体分立器件，总产值达到260亿元。预计2001年，集成电路产量可达70亿块。

2000年，全球半导体销售额达到1950亿美元，我国半导体生产从价值量上看，占世界半导体生产的1.6%（含封装、设计产值），从加工数量看占全世界份额不足1%（美国占32%，日本占23%）。

从需求方面看，据信息产业部有关人员介绍，2000年，国内集成电路总销售量240亿块，1200亿人民币。业内普遍估计，今后10年，半导体的国内需求仍将以20%的速率递增，估计2005年，我国集成电路国内市场的需求约为300亿块、800亿元人民币；2010年，达到700亿块、2100亿元人民币。

从近几年统计数字分析看，国内生产芯片（包括外商独资企业的生产和在国内封装的进口芯片）占国内需求量的20%～25%，但国内生产部分的80%为出口，按此计算，我国集成电路产业的自给率仅4%～5%.但是，有两个因素影响了对芯片生产自给率的准确估计。首先是我国集成电路的产品销售有很大一部分通过外贸渠道出口转内销，据信息产业部估计，出口转内销约占出口量的一半。如此推算，国内半导体生产满足国内市场的实际比重在12%～15%.实际上，国内生产的芯片质量已过关，主要是缺乏市场信任度，而销售渠道又往往掌握在三资企业外方手中。

但芯片走私的因素，可能又使自给率12%～15%的估计过分夸大。台湾合晶科技公司蔡南雄指出：官方统计，1997年中国大陆进口集成电路和分立器件约50亿美元，但当年集成电路进口实际用汇达95.5亿美元。[2]近几年大力打击走私，这一因素的作用可能有所减弱。但无论如何，我国现有半导体产业远远落后于国内需求的迅速增长则是不争的事实。

由于核心部件自给能力低，我国的电子信息产业成了高级组装业。著名的联想集团，计算机国内市场占有率是老大，利润率仅3%.我国电子信息制造业连年高速增长，真正发财的却是外国芯片厂商。

由此，进入1990年代以来，我国集成电路进口迅速增长。1994～1997年，集成电路进口金额年均递增22.6%；97年进口金额为36.48亿美元，96.06亿块。[3]1999年，我国集成电路进口75.34亿美元，出口（含进料、来料加工）18.89亿美元。

2000年6月，国家《软件产业和集成电路产业的发展的若干政策》（国发18号文件）。在国家发展规划和产业政策的鼓舞下，各地政府纷纷出台微电子产业规划，其中上海和北京为中心的两个半导体产业集中区，优惠力度较大，投资形势也最令人鼓舞。目前累计已开工建设待投产的项目，投资总额达50亿美元，超过我国累计投资额的1.5倍，未来2-3年这几条线都将投入量产。

·天津摩托罗拉：外商独资企业，总投资18亿美元，在建。2001年5月试投产，计划11月量产。

·上海中芯：1/3国内资金，2/3台资（第三国注册）。投资14亿美元。2001年11月将在上海试投产。

·上海宏立：预计2002年一季度投入试运行，16亿美元。

·北京讯创：6寸线，投资2亿美元。

·友旺：在杭州投资一条6寸线，10亿人民币左右，已打桩。

目前我国半导体产业和国际水平的差距

总体上说，我国微电子技术力量薄弱，创新能力差，半导体产业规模小，市场占有率低，处于国际产业体系的中下端。

从芯片制造技术看，和国际先进水平的差距至少是2代。[4]尽管华虹现已能生产0.25微米SDRAM，接近国际先进水平（技术的主导权目前基本上还在外方手中），国内主流产品仍以0.8-1.5微米中低端低价值产品为主。其中80%～90%为专用集成电路，其余为中小规模通用电路。占IC市场总份额66%的CPU和存储器芯片，我国无力自给。

我国微电子科技水平与国外的差距，至少是10年。[5]现有科技力量分散，科技与产业界联系不紧密。产业内各重要环节（基础行业、设计、制造工艺、封装），尚未掌握足以跨国公司对等合作的关键技术专利。

半导体基础（支撑）行业落后：目前硅材料已有能力自给，各项原料在不同程度上可以满足国内要求（材料半数国产化，关键材料仍需进口）。

但如上所述，几乎所有尖端设备，我们自己都不能设计制造，基本依赖进口。业内认为我国半导体基础行业和国际水平差距约20年。

一般地说，西方对我引进设备放松的程度和时机，取决于我国自身的技术进展，所以我国半导体设备技术的进步，成为争取引进先进设备的筹码（尽管代价高昂）。如没有这方面的工作，设备引进受到限制，连参与设备工艺的国际联合研制的资格也没有（韩台可以参与）。

已引进的先进生产线，经营控制权不在我手中，妨碍电路设计和工艺自主研发现有较先进的集成电路生产线（包括华虹NEC、首钢NEC），其技术、市场和管理尚未掌握在中国人手中。其原因是“自己人”管理，亏损面太大。现有骨干企业不是合资就是将生产线承包给外人，技术和经营的重大决策权多在外方代表手中。经营模式还没有跳出“两头在外”模式。

这也说明，我国现有国有企业经济管理机制，尽管有了很大进步，但还没有真正适应高科技产业对管理的苛刻要求，高级技术人才和营销人才更是缺乏。

“某厂…最赔钱的×号厂房，包出去了。这也怪了。台湾人也没有带多少资金技术，还是原来的设备和技术，就赢利。

“我问承包人，人还是我们的人，厂房技术还是我们的，为什么你们一来就行了？他说”体制改变了“。我问体制改了什么，是工资高了？也不是。他们几个人就是搞市场。咱们中国市场之大，是虚的。让人家占领的。

“10多年前我在美国参观，他们的工厂成品率是90%多，我们研究室4K最高时成品率50%多，当时这个成绩，全国轰动。我参观时问，你们有什么诀窍做到90%多？美国人说没有什么诀窍，就是经常换主管，新主管要超过上一任，又提高一步。主管到了线里，就是general，…说炒就炒。咱们国家行吗？我们这些领导都是孙子…半导体的生产求非常严格的纪律。没有这个东西绝对不行。你想100多道工艺，每一道差1%，成品率就是零。所以这个体制，说了半天没有说出来，一是市场，一是管理。”[6]但无论如何，我们半导体产业的“管理”和“市场”这两大门坎，是必须跨过去的。深化国企改革、发挥非国有经济的竞争优势，在半导体领域同样适用。

由于没有技术和经营控制权，导致我们的半导体产业遇到两方面困难。首先，国内单位自行设计的专用电路上线生产，必须取得生产厂家的外方同意，有的被迫转向海外代工，又多一道海关的麻烦；关系国家机密的芯片更无法在现有先进生产线加工（或者是外方以“军品”为名拒绝加工，或者是我方不放心）。

其次，妨碍了产学研结合、自主设计和研发工艺设备。例如中国科学院微电子中心已达到0.25微米工艺的中试水平，但因先进工厂的经营权不在自己手中，无法将自有工艺研究成果应用于大线试生产。

工艺技术是集成电路制造的关键技术。如果我方没有自主设计工艺的技术能力，即使买了先进生产线也无法控制。目前合资企业中，中方职工可以掌握在线的若干产品的工艺技术，但无法自主开展工艺技术研究。5年后我方将接管华虹NEC，也面临自己的工艺技术能否顶上去的问题。工艺科研领域目前所处的困境如不能及时摆脱，则仅有的研究力量也会逐渐萎缩，如果不重视工艺技术能力的成长，我们就无法掌握芯片自主设计生产能力。

设计行业处于幼稚阶段由于专业电路市场广阔，目前国内各种类型的设计公司逐渐增加。但企业普遍规模偏小、技术水平较低，缺乏自主开发能力。

由于缺乏技术的积累，我国还远没有形成具有自主知识产权的IP库，与国外超大规模IC的模块化设计和S0C技术差距甚远。设计软件基本用外国软件，即使设计出来，也往往因加工企业IP库的不兼容而遭拒绝。

集成电路的设计与加工技术是相互依存的。因为我国微细加工工艺水平落后，人才缺乏，目前不具备设计先进电路的水平，更没有具备设计CPU及大容量存储器的水平。也有的客户眼睛向外，不愿意在国内加工，但到国外加工还要受欺负。尽管我们花了100%的制版费，板图也拿不回来。

超大规模集成电路的设计，难度最大的是系统设计和系统集成的能力，最需要的人才是系统设计的领头人，这是我国最缺的人力资源。国内现有人才多数是设计后道的能力，做系统的能力差。国内现有环境，培养这样的人才比较难。

国内的设计制造行业，就单个企业来说很难开发需要高技术含量的超前性、引导性产品。多数民营中小企业只能跟在别人后面走仿制道路（所谓反向设计）。反向设计只能适应万门以下电路的设计开发。故目前还无法与国外先进设计公司竞争。

缺乏市场信任度由于总体技术水平低，市场多年被外国产品占领，自己的供给能力还没有赢得国内市场的信任，以致出现外商一手向国内IC厂定货，再转手卖给国内用户的现象。这是当前外（台）商大举在国内投资集成电路生产线的客观背景。

国内设计、制造的产品往往受到比国外产品更严格的挑剔，要打开市场需要更多的时间和精力，这就难免被国外同行抢先。半导体市场瞬息万变，竞争十分残酷，而我国对自己的半导体产业，似取过分自由放任态度，几乎完全暴露在国际竞争中。有必要对有关政策上给以重新评估。

我国电子整机厂多为组装厂，自己设计开发芯片的极少，由于多头引进，整机品种繁多，规格不一，批量较小，成本高。另外，象汽车电子、新一代“信息家电”等产品市场很大，但需要高水平且配套的芯片产品，而我国单个电路设计企业无力完成，设计和生产能力还尚待磨合。如欲进军这方面的市场，需要高层有明确的市场战略和行业级的协调。我国微电子行业目前因技术能力所限，可适应市场领域还比较狭窄，又面临着国际市场的巨大压力。要争得技术和资本的积累期和机会，必须有政府的组织作用。

还没有形成完整的产业体系从整体看，我国半导体产业还没有形成有机联系的生态群，或刚刚处于萌芽状态，产业内各环节上下游间互补性薄弱。目前少数先进生产能力，置于跨国公司的全球制造～营销体系内，外（台）商做OEM接单，来大陆工厂生产，国内芯片厂商被动打工。国家体制内的科研力量和现有生产体系的结合渠道不顺畅，国内科技型中小型民营（设计）企业和大型制造企业的互补关系正在建立中。

“集成电路设计与生产都需要有很强的队伍，能够根据国内整机的需要设计出产品，按照我们的工艺规则来生产。他的设计拿过来我们能做，做好了能够测试，测试以后能够用到整机单位去应用。这条路要把它走通。另外还有一批人能够打开市场。其他的暂时可以慢一点。”[7]所以，目前我国微电子领域与国际水平的差距，并非单项技术的差距，而是包括各环节在内的系统性的差距。单从技术和资金要素来看，“908”“909”工程的实践，可以说是试图以类似韩国的大规模投资来实现生产技术的“跨越”。但实践证明，单项发展，不足以带动一个科技-产业系统的整体进步。不仅要克服资金、人才、市场的瓶颈，也要克服体制、政策的瓶颈，非此不能吸引人才，不能调动各方面的积极性。

我国半导体产业发展的现有条件

经过20年的发展和积累，特别是近年来我国电子信息产业的高速发展，半导体产业在我国经济、国防建设中的重要地位，以及加快发展的必要性，已基本形成共识。应该说，我国已经在多方面具备了微电子大发展所必须的条件。

首先是经过多年的引进和国家大规模投资，已形成一定产业基础，初步形成从设计、前工序到后封装的产业轮廓。广义电子产业布局呈现向京津地区、华东地区和深穗地区集中的态势，已经形成了几个区域性半导体产业群落。这对信息知识的交流，技术的扩散，新机会的创造，以及吸引海外高级人才、都十分重要。

技术引进和国内科研工作的长期积累，也具备了自主研发的基础。“909”工程初步成功，说明投资机制有了巨大进步，直接鼓励了外商投资中国大陆的热情。尤其在通讯领域，国内以企业为主导的研发机制取得了可喜发展。

其次，国内投资环境大幅度改善。尤其是沿海经济发达地区，市场经济初见轮廓，法制和政策环境日益改善，人才和资金集中，信息基础设施完备，各种类型的民营企业已开始显现其经营管理能力，已有问鼎高效益高风险的微电子领域的苗头，各种类型的设计公司正在兴起。

近两年来，海外半导体产业界已经对我国大陆的半导体业投资环境表示了极大兴趣。外（台）商对大陆的半导体投资热，虽然并不能使我们在短期内掌握技术市场控制权（甚至可能对我人才产生逆向吸附作用），但有助于形成、壮大产业群，有助于冲破西方设备、技术封锁。长远看是利大于弊。

人才优势。国内软件人才潜力巨大，而软件设计和芯片设计是相通的。这是集成电路设计业的有力后盾。

再次是随着国内电子产品制造业的飞速发展，半导体产业市场潜力巨大。1990年代，我国电子产品制造业产值年均增长速度约27％，1999年为4300亿元人民币，2000年达5800亿（总产值1万亿）。其中，PC机和外部设备年增率平均40％以上，某些产品的产量已名列世界前茅；互联网用户和网络业务的年增率超过300％；公用固定通讯交换设备平均每年新增2000万线，预计2005年总量将超过3亿线；手机用户数每年增长1500-2000万户，2001年已突破1亿户。各类IC卡的需求量也猛增。据信息产业部预计，我国电子产品制造业未来5年平均增长率将超过15%（一般电子工业增长率比GDP增长率高1倍）。预计2005年，信息制造业的市场总规模达到2万亿。

最后是国家对半导体产业十分重视。官方人士多次表示：要想根本改变我国的电子信息产业目前落后状况，需要“十五”计划中，把推进超大规模集成电路的产业化作为加速发展信息产业的第一位的重点领域。并相应制定了产业优惠政策。这些政策将随着产业的发展逐步落实并进一步完善。[8]

注释：

[1]陈文华，1998年。

[2]《产业论坛》1998年第18期。

[3]陈文华，1998年。

[4]《关于加快我国微电子产业发展的建议》，工程科技与发展战略报告集，2000年。

[5]叶甜春，2000年。

[6]吴德馨院士访谈录，2001年3月。

大规模集成电路设计篇7

1总体结构和工作原理

本设计的总体结构包括机械装置和电路控制系统两部分组成。机械部分由收集装置、一次清洗装置、二次清洗装置、运送装置、消毒出筷装置五部分构成，具体结构如图1所示。其中，收集装置主要利用限位机构对筷子进行定量收集。一次、二次清洗装置主要由电磁阀、直流电机、浊度传感器、超声波发生器以及物理清洗机构组成。运送过程主要利用升降装置完成。消毒出筷装置主要由紫外线臭氧发生器，以及半自动出筷机构组成。在清洗过程中全程采用MG996R舵机对筷子的流向进行辅助控制，保证清洗过程的顺利进行。电路控制系统为本设计的核心组成部分，它由电源电路、信号采集电路、信号控制电路、直流电机调速电路、以及舵机转向电路组成。本设计采用STM32单片机控制整个电路，该芯片具有丰富的增强I/O端口运行速度快。

2控制电路系统的设计

2.1电源电路本设计采用220V交流电直接进行供电，方便易得。设计电源电路如图2所示。交流电经整流模块后再经过可调电阻RH1以及稳压器LM7805和LM7812经过降压后可得到+5V和+12V的电压给其余电路进行供电。

2.2信号采集电路信号采集电路用于对工作过程中产生的信号进行采集，本设计采用I2C总线进行信号采集，I2C总线通过上拉电阻接正电源。当总线空闲时，两根线均为高电平。连到总线上的任一器件输出的低电平，都将使总线的信号变低，即各器件的SDA及SCL都是线“与”关系，用来对本设计中各装置中产生的信号进行收集，再传输给STM32单片机进行数据处理。I2C总线信号采集如图3所示。

2.3信号处理电路本设计通过电流采集进行信号处理，如图4所示前一级运放构成减法电路，后一级运放用来进行高阶滤波+5V电流经电阻分压后，用来减掉电流传感器0A时的基值电压。经二阶滤波电路滤波，并经过后级运放的2倍放大后引脚1输出电压2V，引脚1与STM32的模数转换通道相连，转换结果提供给主程序，以便进行相关的处理。

2.4直流电机调速电路本设计采用L298对直流电机进行调速控制，如图5所示。利用该芯片可控制直流电动机的转速与转向，同时利用转速差用物理分离的方法将杂质进行分离。2.5舵机转向控制本设计利用PWM信号对舵机控制转向舵机自身硬件特性决定:在给定电压一定时，空载和带载时的角速度ω分别保持恒值,而线速度ν=ω•R，正比于转臂的长度R。当舵机所需转动幅度一定时，长转臂要比短转臂转动的角度小，即响应更快。

3模糊PID控制系统的设计

本文控制多采用直流电机和伺服舵机，其具有结构简单、体积小、重量轻、免维护等诸多优点。直流电机是一个非线性、多变量、强耦合的系统，常规PID控制策略的参数不能随电机运转状况的不同而变化，因此PID控制器不能提供很好的控制性能，而本文采用的模糊PID控制是模糊控制和PID控制的有效结合，可以在线调整PID控制参数，提高控制精度，获得更好的控制效果。将速度偏差e（t）和偏差变化率EC（t-1）作为控制器的输入变量，而控制量KP、KI、KD为输出变量，编码器实时测量值c（t）为比较变量。则控制器原理图如图6所示。根据操作人员经验以及模糊规则确定法通过反复的实验对比来确定模糊控制规则，使系统达到动、静特性的最佳效果。根据PID参数规则建立KP、KI、KD模糊分布规则。

4控制系统的软件设计

控制系统的软件开发是基于STM32单片机进行的，软件开发主要包括主程序流程的设计、子模块初始化设计、电机启动模块设计、模糊PID控制模块设计等。控制器上电后，首先进行的是各个子模块的初始化，子模块初始化完成之后，依据霍尔传感器反馈的高低电平来判断当前电机转子的位置，确定需要导通的相，以此完成电机启动。程序流程如图7所示。

5测试及实验结果

大规模集成电路设计篇8

论文关键词：课程改革；工作任务；课程项目；技术情境；教学导航

随着我国科技和经济的迅猛发展，社会对人才的需求正在发生着深刻的变化，教育行业受到各方面的重视。在教育部和财政部实施的国家示范性院校建设政策鼓舞下，高等职业技术学院以服务为宗旨，以就业为导向，以培养高级应用型、技艺型人才为目标。这类人才主要是在不同行业、企业的工作和生产过程中负责管理、监督、检测、分析、技术服务等几项工作。因此，高等职业技术学院正进行较大规模的专业建设和课程改革，要求高职专业的学生除了具备必要的基础理论、专业技术知识外，还必须具有解决工作生产中实际问题的能力，以适应今后的工作。

“电子技术”分为模拟电子和数字电子两大部分，在教学中从职业岗位工作任务分析着手以掌握知识和技能为根本、以工作方向为培养目标、以工作过程为导向，强调把完整的工作过程及其操作要求作为课程内容。当工作过程导向课程运用项目载体设计学习情境时，这一工作过程实际上就成了完成具体项目的自始至终的步骤。通过课程分析和知识、能力、素质分析，打破传统的教学模式，构建了“以工作任务为中心、以课程项目为主体的教学方法”。在教学中掌握课程技术原理及应用方面知识体系的完整性是非常重要的，使学生在完整的工作过程中培养应对复杂技术情境的能力。在教学中以典型电子电路制作的工作任务为中心，以多模块应用为切入点，引入对学生创新能力的培养，让学生在具体应用电路的制作过程中开发创新思维，完成相应工作任务，并构建相关的理论知识，发展职业能力。

一、模拟电子技术教学导航

模拟电子技术是研究对仿真信号进行处理的模拟电路的学科。它以半导体二极管、半导体三极管和场效应管为关键电子器件，包括功率放大电路、运算放大电路、反馈放大电路、信号运算与处理电路、信号产生电路、电源稳压电路等研究方向。

理论知识：基本半导体知识、放大电路、集成运算放大电路、直流稳压电源。

技能训练：常用元件的识别与测量、放大电路性能分析、集成运算放大电路基本应用。

1.模块1：半导体器件

（1）知识重点：半导体基础知识；半导体二极管外部特性；晶体三极管外部特性。（2）知识难点：半导体PN结。（3）教学方式：从半导体PN结入手，简单介绍半导体的基本结构与工作原理。结合实践教学，重点掌握半导体的外部特性。（4）技能要求：二极管与三极管的简易测试。

2.模块2：放大电路

（1）知识重点：放大电路的基本组成；放大电路的分析；多级放大电路的极间耦合；负反馈对放大电路的性能的影响。（2）知识难点：放大电路的分析；放大电路的负反馈。（3）教学方式：从基本放大电路入手，介绍放大电路的静态与动态分析、多级放大、电路反馈；结合实践教学，重点掌握放大器的外部特性。（4）技能要求：放大电路静态工作点的调整与动态参数测试。

3.模块3：集成运算放大器

（1）知识重点：集成运放的结构和特点；基本运算电路；集成运放的线性应用电路。（2）知识难点：集成运放的线性应用电路。（3）教学方式：从理论集成运放条件入手，掌握各基本运算电路和电压比较器的功能；结合实践教学，重点掌握集成运放的外部特性。（4）技能要求：电路的调整与测试。

4.模块4：直流稳压电源

（1）知识重点：整流与滤波电路；稳压电路；开关电源。（2）知识难点：开关电源。（3）教学方式：从二极管整流特性、电容器充放电入手，讲解整流、滤波电路；稳压电源重点讲授集成稳压电路和开关电源。（4）技能要求：电路的调整与测试。

二、数字电子技术教学导航

数字电子技术主要研究各种逻辑门电路、集成器件的功能及其应用，逻辑门电路组合和时序电路的分析和设计、集成芯片各脚功能。随着计算机科学与技术突飞猛进地发展，用数字电路进行信号处理的优势也更加突出。为了充分发挥和利用数字电路在信号处理上的强大功能，可以先将模拟信号按比例转换成数字信号，然后送到数字电路进行处理，最后再将处理结果根据需要转换为相应的模拟信号输出。

理论知识：集成门电路与组合逻辑电路、时序逻辑电路、波形产生与整形电路、中规模集成电路应用。

技能训练：组合逻辑电路应用、时序逻辑电路应用、逻辑电路限定符号识图。

1.模块1：数字电路基础

（1）知识重点：数字脉冲信号；二进制与8421BCD码；基本函数与逻辑运算；逻辑函数的化简和变换。（2）知识难点：逻辑函数的化简和变换。（3）教学方式：从二进制与逻辑函数基本规则入手，学习逻辑运算规则、逻辑函数化简与变换。（4）技能要求：逻辑函数的化简和变换。

2.模块2：组合逻辑电路

（1）知识重点：基本逻辑符号及意义；门电路的逻辑功能和基本特性；组合逻辑电路的分析常用组合逻辑电路的逻辑功能。（2）知识难点：基本逻辑符号及意义；组合逻辑电路。（3）教学方式：从基本原理与逻辑符号读解入手，重点介绍电路的逻辑功能与外部特性。（4）技能要求：基本逻辑符号读图；门电路和组合逻辑电路。

3.模块3：触发器

（1）知识重点：各类触发器的逻辑功能；触发器限定符号及其意义。（2）知识难点：触发器之间的转换关系。（3）教学方式：借助限定符号意义读解，帮助理解各种触发器的逻辑功能与控制方式；结合实践教学，重点掌握电路的外特性。（4）技能要求：触发器的逻辑功能测试。

4.模块4：时序逻辑电路

（1）知识重点：时序逻辑电路的特点；时序逻辑电路的限定符号及其意义；寄存器；集成计数器应用。（2）知识难点：集成计数器应用；限定符号及其意义。（3）教学方式：从触发器入手，由D触发器构成寄存器；由T和Tˊ触发器分别构成同步和异步二进制计数器。借助限定符号的意义来理解时序逻辑电路的逻辑功能。结合实践教学，重点掌握电路的外特性。（4）技能要求：常用的相关集成电路的应用。

5.模块5：波形产生与整形电路

（1）知识重点：555定时器；多谐振荡器与单稳态电路；施密特触发器；石英晶体振荡器。（2）知识难点：555定时器；多谐振荡器。（3）教学方式：以555定时器为重点，介绍多谐振荡器、单稳态电路和施密特触发器的功能。重点掌握电路的外特性。石英晶体振荡器从阻抗频率特性入手。（4）技能要求：常用的相关电路的应用入手。

三、电路组装、测量与调试教学导航

电子电路组装、测量与调试在电子工程技术中占有重要的地位，任何一个电子产品都是由设计焊接组装调试形成的，焊接是保证电子产品质量和可靠性最基本环节，调试是保证电子产品正常工作的最关键环节。

理论知识：常用电子仪表、电路的装配、调试与测量知识。

技能训练：常用电子测量仪表的使用、常用电路元件与数字集成电路测量、电路的装配与调试。

1.模块1：常用电子仪器知识重点

（1）知识重点：双踪示波器；半导体管特性图示仪；毫伏表；信号发生器；集成电路测试仪。（2）知识难点：双踪示波器；半导体管特性图示仪。（3）教学方式：重点讲授电子仪器的操作和使用方法。（4）技能要求：仪器的基本操作方法；半导体特性测量。

2.模块2：电子元器件的识别与简易测量

（1）知识重点：电子无源元器件；电子有源元器件；表面安装元器件。（2）知识难点：表面安装元器件。（3）教学方式：重点讲授各种电子元器件的识别与选用方法。（4）技能要求：元器件的识别与选用方法、常用数字集成电路测试。

3.模块3：电路的装配、调试与测量

（1）知识重点：装配、焊接工艺；电路测试与测量。（2）知识难点：电路测试。（3）教学方式：介绍电路装配工艺，分析电路测试与测量基本方法，结合实训进行教学。（4）技能要求：电路装配、测试与测量。

四、电子电路仿真教学导航

电路仿真技术是近十年来在电子技术研究领域的一场革命。设计人员利用计算机及其软件的强大功能，在电路模型上进行电路的性能分析和模拟实验，从而得到准确的结果，然后再付诸生产，极大地减少了实验周期和试制成本，提高了生产效率和经济效益，受到了电子生产厂家的一致欢迎。现在，电子仿真技术已成为电子工业领域不可缺少的先进技术，因此为了确保电路设计的成功，消除代价昂贵并且存在潜在危险的设计缺陷，就必须在设计流程的每个阶段进行周密地计划与评价。电路仿真给出了一个成本低、效率高的方法，能够在进入更为昂贵费时的原型开发阶段之前，找出问题所在。

理论知识：EWB与Multisim平台基本知识，Multisim在电子仿真实验中的应用。

技能训练：模拟电路电子仿真和数字电路电子仿真。

模块：电子电路仿真。

（1）知识重点：Multisim平台的使用；Multisim在电子仿真实验中的应用。（2）知识难点：Multisim软件的使用。（3）教学方式：从电子实验实例入手，学习Multisim软件的使用，在学会使用的基础上，结合电子知识，完成电子实验的仿真。（4）技能要求：用Multisim进行电子仿真的方法。

五、综合实训项目——有源多媒体音箱的设计与制作

1.知识要求

掌握模拟电子技术和数字电子技术的综合应用思路；掌握电子产品综合设计的基本思路。

2.技能要求

能进行电子电路的综合制作调试；能有条理地撰写设计说明书；能对设计项目进行总结展示。

3.教学任务

通过有源多媒体音箱的设计、制作及测试，掌握电子产品的设计流程及注意事项，学会元器件的特性测试和电路组装、测试，熟悉电子产品组装的工艺要求及生产过程。

4.教学活动设计

（1）通过让学生利用图书馆、上网等手段查阅相关资料，在教师指导下对有源多媒体音箱进行设计，掌握电子产品的设计流程及注意事项。

（2）在校内生产线的工作岗位上，根据所设计电路选择元器件，进行元器件的性能、参数测试。规划电路板，进行元器件的布局和印制电路板的制作。完成各部分电路的焊接、组装，对已经组装的电子产品进行参数测试及调试，使其达到设计要求。

（3）要求学生撰写实践报告及产品说明书。

5.相关知识

（1）理论知识。元器件的识别、测试方法；印制电路板的制作，元器件的布局；焊接工艺、电路调试方法；产品说明书的撰写。

大规模集成电路设计篇9

2、欧比特（300053）。SoC芯片及系统集成供应商：公司是具有自主知识产权的嵌入式SoC芯片及系统集成供应商，主要从事：高可靠嵌入式SOC芯片类产品的研发、生产和销售；系统集成类产品的研发、生产和销售。公司技术产品主要应用于航空航天、工业控制等领域。公司是我国航空航天领域高可靠嵌入式SOC芯片及系统集成的骨干企业之一，是我国核高基”重大科研项目的研制企业之一。公司为基于SPARC架构SoC芯片的行业技术引导者和标准倡导者，是我国首家成功研制出基于SPARCV8架构的SoC芯片的企业，并于2003年推出了SPARCV8架构的基础芯片S698，其技术达到国际先进水平。公司所设计的429总线控制器，填补国内空白；正在研制的高速1553B总线控制器，所设计的IP核的传输速率可高达10Mbps，达到国际先进水平，解决我国航空航天领域数据高速通讯的总线传输瓶颈。

3、国民技术（300077）。32位高速USBKEY安全主控芯片及解决方案技术改造项目”（截至2012年9月底投资进度64.94%），开发一款具有自主知识产权，支持身份认证、高速数据加解密及生物识别技术的SoC芯片及解决方案，主要应用于电子金融、电子商务和电子政务领域；投入10170万元于32位高速安全存储芯片及解决方案技术改造目”（79.55%），研发分别面向电脑和手机等移动终端的两款安全存储芯；投入15346万元于基于射频技术的安全移动支付芯片及解决方案的研发和产业化项目”（已完成），开发具有自主知识产权，适用于移动支付的高安全、大容量和低功耗SoC芯片及其配套射频芯片产品，主要应用于移动支付领域。

4、福星晓程（300139）。主营集成电路芯片：公司致力于电力线载波芯片等系列集成电路产品的设计、开发和市场应用，并面向电力公司、电能表供应商等行业用户提供相关技术服务和完整的解决方案。公司自主研发了PL系列、XC系列芯片和PLM集中器模块等系列集成电路产品。并拥有超大规模数/模混合集成电路核心技术，在数字信号处理和智能仪表SoC等方面技术优势明显。主导产品电力线载波芯片占有较大的市场份额，并呈现逐年上升的趋势。

5、安科瑞（300286）。主营电力智能仪表，在技术研发方面处于同行业前列，研发了基于SOC单芯片技术的低成本仪表设计平台、基于电能ASIC+MCU微处理器的电力仪表设计平台以及基于高精度ADC+高速DSP+32位MCU的高档电力仪表设计平台等三个技术平台，具有技术成熟、层次分明、拓展性强等优势。

6、中颖电子（300327）。主营集成电路设计：公司是国内领先的集成电路（简称IC”）设计企业，自设立以来一直从事IC产品的设计和销售，并提供相关的售后服务及技术服务。高精度模拟电路模块：包括高精度ADC/DAC高精度仪表放大、高效率电源模块、PLC通信、锂电池容量计量模拟电路前端模块等，在数模混合技术的基础上，推出诸多整合MCU＋高精度模拟电路模块的SoC产品，性能达到与分立方案相同。在家电、仪器仪表、健康医疗、PLC通信、锂电池容量管理等领域，公司都在国内首批推出高整合SoC产品。另外，该类产品还结合了公司低功耗和低电压等技术优势使产品更具竞争力，为客户提供高集成、高效能、低功耗的SoC设计技术，提供高性能、高可靠性、易生产的解决方案。

7、北斗星通（002151）。主要做导航通讯，高性能Soc芯片及应用解决方案研发与产业化项目。

8、同方股份（600100）。公司致力于成为一流的智能卡与射频技术产品供应商和系统集成商，专注于身份识别、电信、金融支付、信息安全等集成电路芯片设计与供应业务，已成为中国智能卡领域芯片平台最完整的IC设计企业。目前正在执行的国家重大科技专项核高基”项目有3项：大容量SIM卡芯片、数字电视SOC芯片、面向互动信息的龙芯安全适用计算机研制及推广。

大规模集成电路设计篇10

在工作人员的陪同下，我们来到了首钢nec的小礼堂，进行了简单的欢迎仪式后，由工作人员向我们讲解了集成电路半导体材料、半导体集成电路制造工艺、集成电路设计、集成电路技术与应用前景和首钢nec有限公司概况，其中先后具体介绍了器件的发展史、集成电路的发展史、半导体行业的特点、工艺流程、设计流程，以及sgnec的定位与相关生产规模等情况。

ic产业是基础产业，是其他高技术产业的基础，具有核心的作用，而且应用广泛，同时它也是高投入、高风险，高产出、规模化，具有战略性地位的高科技产业，越来越重视高度分工与共赢协作的精神。近些年来，ic产业遵从摩尔定律高速发展，越来越多的国家都在鼓励和扶持集成电路产业的发展，在这种背景下，首钢总公司和nec电子株式会社于1991年12月31日合资兴建了首钢日电电子有限公司（sgnec），从事大规模和超大规模集成电路的设计、开发、生产、销售的半导体企业，致力于半导体集成电路制造（包括完整的生产线――晶圆制造和ic封装）和销售的生产厂商，是首钢新技术产业的支柱产业。公司总投资580.5亿日元，注册资金207.5亿日元，首钢总公司和nec电子株式会社分别拥有49.7％和50.3％的股份。目前，sgnec的扩散生产线工艺技术水平是6英寸、0.35um，生产能力为月投135000片，组装线生产能力为年产8000万块集成电路，其主要产品有线性电路、遥控电路、微处理器、显示驱动电路、通用lic等，广泛应用于计算机、程控和家电等相关领域，同时可接受客户的foundry产品委托加工业务。公司以“协力·敬业·创新·领先，振兴中国集成电路产业”为宗旨，以一贯生产、服务客户为特色，是我国集成电路产业中生产体系最完整、技术水平最先进、生产规模最大的企业之一，也是我国半导体产业的标志性企业之一。

通过工作人员的详细讲解，我们一方面回顾了集成电路相关的基础理论知识，同时也对首钢日电的生产规模、企业文化有了一个全面而深入的了解和认识。随后我们在工作人员的陪同下第一次亲身参观了sgnec的后序工艺生产车间，以往只是在上课期间通过视频观看了集成电路的生产过程，这次的实践参观使我们心中的兴奋溢于言表。

由于ic的集成度和性能的要求越来越高，生产工艺对生产环境的要求也越来越高，大规模和超大规模集成电路生产中的前后各道工序对生产环境要求更加苛刻，其温度、湿度、空气洁净度、气压、静电防护各种情况均有严格的控制。

为了减少尘土颗粒被带入车间，在正式踏入后序工艺生产车间前，我们都穿上了专门的鞋套胶袋。透过走道窗户首先映入眼帘的是干净的厂房和身着“兔子服”的工人，在密闭的工作间，大多数ic后序工艺的生产都是靠机械手完成，工作人员只是起到辅助操作和监控的作用。每间工作间门口都有严格的净化和除静电设施，防止把污染源带入生产线，以及静电对器件的瞬间击穿，保证产品的质量、性能，提高器件产品成品率。接着，我们看到了封装生产线，主要是树脂材料的封装。环氧树脂的包裹，一方面起到防尘、防潮、防光线直射的作用，另一方面使芯片抗机械碰撞能力增强，同时封装把内部引线引出到外部管脚，便于连接和应用。

在sgnec后序工艺生产车间，给我印象最深的是一张引人注目的的海报“一目了然”，通过向工作人员的询问，我们才明白其中的奥秘：在集成电路版图的设计中，最忌讳的是“一目了然”版图的出现，一方面是为了保护自己产品的专利不被模仿和抄袭；另一方面，由于集成电路是高新技术产业，毫无意义的模仿和抄袭只会限制集成电路的发展，只有以创新的理念融入到研发的产品中，才能促进集成电路快速健康发展。

在整个参观过程中，我们都能看到整洁干净的车间、纤尘不染的设备、认真负责的工人，自始至终都能感受到企业的特色文化，细致严谨的工作气氛、一丝不苟的工作态度、科学认真的工作作风。不可否认，我们大家都应该向他们学习，用他们的工作的态度与作风于我们专业基础知识的学习中，使我们能够适应目前集成电路人才的需求。