大規(guī)模集成電路

超大規(guī)模集成電路是指集成度（每塊芯片所包含的元器件數(shù)）大于10的集成電路。集成電路一般是在一塊厚0.2～0.5mm、面積約為0.5mm的P型硅片上通過平面工藝制做成的。這種硅片（稱為集成電路的基片）上可以做出包含為十個(gè)（或更多）二極管、電阻、電容和連接導(dǎo)線的電路。

與分立元器件相比，集成電路元器件有以下特點(diǎn)：

1. 單個(gè)元器件的精度不高，受溫度影響也較大，但在同一硅片上用相同工藝制造出來的元器件性能比較一致，對(duì)稱性好，相鄰元器件的溫度差別小，因而同一類元器件溫度特性也基本一致；

2. 集成電阻及電容的數(shù)值范圍窄，數(shù)值較大的電阻、電容占用硅片面積大。集成電阻一般在幾十Ω～幾十 kΩ范圍內(nèi)，電容一般為幾十pF。電感尚不能集成；

3. 元器件性能參數(shù)的絕對(duì)誤差比較大，而同類元器件性能參數(shù)之比值比較精確；

4. 縱向NPN管β值較大，占用硅片面積小，容易制造。而橫向PNP管的β值很小，但其PN結(jié)的耐壓高。

大規(guī)模集成電路按功能結(jié)構(gòu)

集成電路按其功能、結(jié)構(gòu)的不同，可以分為模擬集成電路、數(shù)字集成電路和數(shù)/?；旌霞呻娐啡箢?。

模擬集成電路又稱線性電路,用來產(chǎn)生、放大和處理各種模擬信號(hào)（指幅度隨時(shí)間邊疆變化的信號(hào)。例如半導(dǎo)體收音機(jī)的音頻信號(hào)、錄放機(jī)的磁帶信號(hào)等），其輸入信號(hào)和輸出信號(hào)成比例關(guān)系。而數(shù)字集成電路用來產(chǎn)生、放大和處理各種數(shù)字信號(hào)（指在時(shí)間上和幅度上離散取值的信號(hào)。例如VCD、DVD重放的音頻信號(hào)和視頻信號(hào)）。

大規(guī)模集成電路按制作工藝

集成電路按制作工藝可分為半導(dǎo)體集成電路和膜集成電路。

膜集成電路又分類厚膜集成電路和薄膜集成電路。

大規(guī)模集成電路按集成度高低

集成電路按集成度高低的不同可分為小規(guī)模集成電路、中規(guī)模集成電路、大規(guī)模集成電路、超大規(guī)模集成電路、特大規(guī)模集成電路和巨大規(guī)模集成電路。

大規(guī)模集成電路按導(dǎo)電類型

集成電路按導(dǎo)電類型可分為雙極型集成電路和單極型集成電路,他們都是數(shù)字集成電路.

雙極型集成電路的制作工藝復(fù)雜，功耗較大，代表集成電路有TTL、ECL、HTL、LST-TL、STTL等類型。單極型集成電路的制作工藝簡單，功耗也較低，易于制成大規(guī)模集成電路，代表集成電路有CMOS、NMOS、PMOS等類型。

大規(guī)模集成電路按用途

集成電路按用途可以分為電視機(jī)用集成電路、音響用集成電路、影碟機(jī)用集成電路、錄像機(jī)用集成電路、電腦（微機(jī)）用集成電路、電子琴用集成電路、通信用集成電路、照相機(jī)用集成電路、遙控集成電路、語言集成電路、報(bào)警器用集成電路及各種專用集成電路。

1.電視機(jī)用集成電路包括行、場掃描集成電路、中放集成電路、伴音集成電路、彩色解碼集成電路、AV/TV轉(zhuǎn)換集成電路、開關(guān)電源集成電路、遙控集成電路、麗音解碼集成電路、畫中畫處理集成電路、微處理器（CPU）集成電路、存儲(chǔ)器集成電路等。

2.音響用集成電路包括AM/FM高中頻電路、立體聲解碼電路、音頻前置放大電路、音頻運(yùn)算放大集成電路、音頻功率放大集成電路、環(huán)繞聲處理集成電路、電平驅(qū)動(dòng)集成電路，電子音量控制集成電路、延時(shí)混響集成電路、電子開關(guān)集成電路等。

3.影碟機(jī)用集成電路有系統(tǒng)控制集成電路、視頻編碼集成電路、MPEG解碼集成電路、音頻信號(hào)處理集成電路、音響效果集成電路、RF信號(hào)處理集成電路、數(shù)字信號(hào)處理集成電路、伺服集成電路、電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)集成電路等。

4.錄像機(jī)用集成電路有系統(tǒng)控制集成電路、伺服集成電路、驅(qū)動(dòng)集成電路、音頻處理集成電路、視頻處理集成電路。

大規(guī)模集成電路按應(yīng)用領(lǐng)域

集成電路按應(yīng)用領(lǐng)域可分為標(biāo)準(zhǔn)通用集成電路和專用集成電路。

大規(guī)模集成電路按外形分

集成電路按外形可分為圓形(金屬外殼晶體管封裝型,一般適合用于大功率)、扁平型(穩(wěn)定性好,體積小)和雙列直插型.

由于制造工藝及元器件的特點(diǎn)，模擬集成電路在電路設(shè)計(jì)思想上與分立元器件電路相比有很大的不同。

1. 在所用元器件方面，盡可能地多用晶體管，少用電阻、電容；

2. 在電路形式上大量選用差動(dòng)放大電路與各種恒流源電路，級(jí)間耦合采用直接耦合方式；

3. 盡可能地利用參數(shù)補(bǔ)償原理把對(duì)單個(gè)元器件的高精度要求轉(zhuǎn)化為對(duì)兩個(gè)器件有相同參數(shù)誤差的要求；盡量選擇特性只受電阻或其它參數(shù)比值影響的電路

“超大規(guī)模集成電路設(shè)計(jì)專項(xiàng)的實(shí)施和順利進(jìn)展，為我國在2010年由世界第二大集成電路消費(fèi)國走向集成電路設(shè)計(jì)大國奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)?！边@是在最近的一次會(huì)議上國家“十五”863超大規(guī)模集成電路設(shè)計(jì)專項(xiàng)負(fù)責(zé)人說過的一句話。

對(duì)集成電路的作用，行內(nèi)有四句話形容的非常好，說是：電子信息產(chǎn)品和國防電子裝備的核心，是信息產(chǎn)業(yè)核心競爭力最重要的體現(xiàn)，是信息技術(shù)與產(chǎn)業(yè)掌握發(fā)展主動(dòng)權(quán)和實(shí)現(xiàn)跨越發(fā)展的基石，是自主發(fā)展信息產(chǎn)業(yè)和現(xiàn)代服務(wù)業(yè)并提高其附加值所必備的技術(shù)保證。

“掌握集成電路和軟件的關(guān)鍵技術(shù)并實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，對(duì)我國實(shí)現(xiàn)以信息化帶動(dòng)工業(yè)化，確保國家信息安全，具有至關(guān)重要的作用?！痹撠?fù)責(zé)人說。

“集成電路和軟件重大專項(xiàng)”是我國“十五”計(jì)劃期間的十二項(xiàng)重大科技專項(xiàng)之一?？萍疾吭?63計(jì)劃集成電路方面，共設(shè)立了超大規(guī)模集成電路設(shè)計(jì)、100nm集成電路制造裝備和集成電路配套材料三個(gè)專項(xiàng)，而在超大規(guī)模集成電路設(shè)計(jì)方面成果尤為顯著。

大規(guī)模集成電路目標(biāo)

全面達(dá)到預(yù)期目標(biāo)

據(jù)該負(fù)責(zé)人介紹，超大規(guī)模集成電路設(shè)計(jì)專項(xiàng)自實(shí)施以來，在三個(gè)方面取得了重大進(jìn)展，分別是在人才建設(shè)、微處理器、網(wǎng)絡(luò)通信等方面。

“我們?cè)? 1個(gè)國家集成電路設(shè)計(jì)產(chǎn)業(yè)化基地和9個(gè)國家集成電路人才培養(yǎng)基地建設(shè)方面取得了顯著成效；而在微處理器CPU和DSP設(shè)計(jì)方面，‘眾志’、‘C—Core’、‘龍芯’和‘漢芯’等都實(shí)現(xiàn)了由技術(shù)突破向重點(diǎn)推廣的縱深發(fā)展。最后一個(gè)是在網(wǎng)絡(luò)通信、信息安全、信息家電等領(lǐng)域的SoC系統(tǒng)芯片開發(fā)和應(yīng)用方面,“COMIP”、“華夏網(wǎng)芯”和“星光多媒體”等芯片取得開發(fā)和應(yīng)用的重點(diǎn)突破。另外，在MPW、IP核聯(lián)盟、EDA工具、國際合作四項(xiàng)服務(wù)體系的建設(shè)也逐步完善。在實(shí)施效果中不但體現(xiàn)了立項(xiàng)的指導(dǎo)思想，而且除IP核應(yīng)用推廣聯(lián)盟工作尚需進(jìn)一步探索外，專項(xiàng)全面達(dá)到了立項(xiàng)的戰(zhàn)略目標(biāo)和預(yù)期成果?！痹撠?fù)責(zé)人說。

作為知識(shí)高度密集產(chǎn)業(yè)，人才是發(fā)展我國集成電路設(shè)計(jì)產(chǎn)業(yè)的關(guān)鍵，專項(xiàng)大規(guī)模培養(yǎng)的人才對(duì)解決我國集成電路人才匱乏的瓶頸問題起到了重要作用。而一批具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的核心芯片產(chǎn)品和一批具有核心技術(shù)競爭力的集成電路設(shè)計(jì)企業(yè)先后出現(xiàn)，為集成電路的最終產(chǎn)業(yè)化打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

體現(xiàn)國家意志，集聚一流人才，發(fā)揮后發(fā)優(yōu)勢，搶抓國際IT產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)重組的難得機(jī)遇，高起點(diǎn)地推進(jìn)具有戰(zhàn)略前瞻意義的超大規(guī)模集成電路設(shè)計(jì)技術(shù)及產(chǎn)業(yè)的自主創(chuàng)新與跨越。這是專項(xiàng)實(shí)施時(shí)的初衷，而現(xiàn)在，專項(xiàng)組的科研人員們幾近圓滿地完成了這一任務(wù)。

大規(guī)模集成電路提供幫助

為信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供有力支撐

“‘十五’期間，我國電子信息產(chǎn)業(yè)保持高速持續(xù)發(fā)展，而集成電路設(shè)計(jì)是具有戰(zhàn)略性的關(guān)鍵核心技術(shù)。本專項(xiàng)的實(shí)施對(duì)集成電路技術(shù)和產(chǎn)業(yè)具有顯著的推動(dòng)作用，集成電路設(shè)計(jì)產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值從1999年的5億元增長到2005年的近150億元，為支撐我國信息技術(shù)和產(chǎn)業(yè)的發(fā)展發(fā)揮著越來越大的作用?！痹撠?fù)責(zé)人介紹道。

在專項(xiàng)實(shí)施過程中，建設(shè)了一大批的產(chǎn)業(yè)化基地，這些基地的建設(shè)有效地調(diào)動(dòng)了中央和地方的資源對(duì)集成電路設(shè)計(jì)業(yè)的推動(dòng)；營造了集成電路設(shè)計(jì)業(yè)在市場、政策、資金和人才等方面健康發(fā)展的氛圍；形成了人才、技術(shù)和企業(yè)的集聚，為我國信息產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提供強(qiáng)有力的支撐。

集成電路按集成度高低的不同可分為小規(guī)模集成電路、中規(guī)模集成電路、大規(guī)模集成電路、超大規(guī)模集成電路、特大規(guī)模集成電路和巨大規(guī)模集成電路等。

小規(guī)模集成電路于1960年出現(xiàn)，在一塊硅片上包含10-100個(gè)元件或1-10個(gè)邏輯門。如 邏輯門和觸發(fā)器等。如果用小規(guī)模數(shù)字集成電路(SSI)進(jìn)行設(shè)計(jì)組合邏輯電路時(shí)，是以門電路作為電路的基本單元，所以邏輯函數(shù)的化簡應(yīng)使使用的門電路的數(shù)目最少，而且門的輸入端數(shù)目也最少。

中規(guī)模集成電路（Medium Scale Integration：MSI）

1966年出現(xiàn)，在一塊硅片上包含100-1000個(gè)元件或10-100個(gè)邏輯門。如 ：集成計(jì)時(shí)器，寄存器，譯碼器等。

如果選用中規(guī)模集成電路(MSI)設(shè)計(jì)組合邏輯電路時(shí)，則以所用集成電路個(gè)數(shù)最少，品種最少，同時(shí)集成電路間的連線也最少。這往往需將邏輯函數(shù)表達(dá)式變換成選用電路所要求的表達(dá)形式，有時(shí)可直接用標(biāo)準(zhǔn)范式。

MSI中規(guī)模組合邏輯器件功能雖然比小規(guī)模集成電路SSI強(qiáng)，但也不像大規(guī)模集成電路LSI那樣功能專一化，這些器件產(chǎn)品的品種雖然不少，但也不可能完全符合使用者的要求，這就需要將多片級(jí)聯(lián)以擴(kuò)展其功能，而且還可以用一些標(biāo)準(zhǔn)的中規(guī)模繼承組件來實(shí)現(xiàn)其它一些組合邏輯電路的設(shè)計(jì)。用中規(guī)模集成組件來進(jìn)行組合邏輯電路設(shè)計(jì)時(shí)，其方法是選擇合適的MSI后，將實(shí)際問題轉(zhuǎn)化后的邏輯表達(dá)式變換為響應(yīng)的MSI的表達(dá)形式。用MSI設(shè)計(jì)的組合邏輯電路與用門電路設(shè)計(jì)的組合邏輯電路相比，不僅體積小，重量較輕，而且提高了工作的可靠性。

中規(guī)模數(shù)據(jù)選擇起的級(jí)聯(lián)可擴(kuò)展其選擇數(shù)據(jù)的路數(shù)，其功能擴(kuò)展不僅可用于組合邏輯電路，而且還可用于時(shí)序邏輯電路。在組合邏輯電路中主要有以下應(yīng)用：

（1）級(jí)聯(lián)擴(kuò)展，以增加選擇的路數(shù)、位數(shù)，可實(shí)現(xiàn)由多位到多位的數(shù)據(jù)傳送；

（2）作邏輯函數(shù)發(fā)生器，用以實(shí)現(xiàn)任意組合邏輯電路的設(shè)計(jì)。

大規(guī)模集成電路(Large Scale Integrated circuits：LSI)

1970年出現(xiàn)，在一塊硅片上包含103-105個(gè)元件或100-10000個(gè)邏輯門。如 ：半導(dǎo)體存儲(chǔ)器，某些計(jì)算機(jī)外設(shè)。628512，628128（128K）最大容量1G。

超大規(guī)模集成電路(Very Large Scale Integrated circuits：VLSI)

在一塊芯片上集成的元件數(shù)超過10萬個(gè)，或門電路數(shù)超過萬門的集成電路，稱為超大規(guī)模集成電路。超大規(guī)模集成電路是20世紀(jì)70年代后期研制成功的，主要用于制造存儲(chǔ)器和微處理機(jī)。64k位隨機(jī)存取存儲(chǔ)器是第一代超大規(guī)模集成電路，大約包含15萬個(gè)元件，線寬為3微米。

超大規(guī)模集成電路的集成度已達(dá)到600萬個(gè)晶體管，線寬達(dá)到0.3微米。用超大規(guī)模集成電路制造的電子設(shè)備，體積小、重量輕、功耗低、可靠性高。利用超大規(guī)模集成電路技術(shù)可以將一個(gè)電子分系統(tǒng)乃至整個(gè)電子系統(tǒng)“集成”在一塊芯片上，完成信息采集、處理、存儲(chǔ)等多種功能。例如，可以將整個(gè)386微處理機(jī)電路集成在一塊芯片上，集成度達(dá)250萬個(gè)晶體管。超大規(guī)模集成電路研制成功，是微電子技術(shù)的一次飛躍，大大推動(dòng)了電子技術(shù)的進(jìn)步，從而帶動(dòng)了軍事技術(shù)和民用技術(shù)的發(fā)展。超大規(guī)模集成電路已成為衡量一個(gè)國家科學(xué)技術(shù)和工業(yè)發(fā)展水平的重要標(biāo)志，也是世界主要工業(yè)國家，特別是美國和日本競爭最激烈的一個(gè)領(lǐng)域。

特大規(guī)模集成電路(Ultra Large-Scale Integration：ULSI)

1993年隨著集成了1000萬個(gè)晶體管的16M FLASH和256M DRAM的研制成功，進(jìn)入了特大規(guī)模集成電路ULSI (Ultra Large-Scale Integration)時(shí)代。特大規(guī)模集成電路的集成組件數(shù)在107～109個(gè)之間。

ULSI電路集成度的迅速增長主要取決于以下兩個(gè)因素：一是晶體生長技術(shù)已達(dá)到極高的水平；二是制造設(shè)備不斷完善，加工精度、自動(dòng)化程度和可靠性的提高已使器件尺寸進(jìn)入深亞微米級(jí)領(lǐng)域。硅單晶制備技術(shù)可使晶體徑向參數(shù)均勻，體內(nèi)微缺陷減少，0.1~0.3um大小的缺陷平均可以少于0.05個(gè)/平方厘米。對(duì)電路加工過程中誘生的缺陷理論模型也有了較為完整的認(rèn)識(shí)，由此發(fā)展了一整套晶體的加工工藝。生產(chǎn)電路用的硅片直徑的不斷增大，導(dǎo)致生產(chǎn)效率大幅度提高，硅片的直徑尺寸已達(dá)到12英寸。微缺陷的減少使芯片成品率增加，0.02個(gè)/平方厘米缺陷的硅片可使256MB DRAM的成品率達(dá)到80~90%。

巨大規(guī)模集成電路（Giga Scale Integration：GSI）

1994年由于集成1億個(gè)元件的1G DRAM的研制成功，進(jìn)入巨大規(guī)模集成電路GSI（Giga Scale Integration）時(shí)代。巨大規(guī)模集成電路的集成組件數(shù)在109以上。

《超大規(guī)模集成電路：系統(tǒng)和電路的設(shè)計(jì)原理》系統(tǒng)地介紹了超大規(guī)模集成電路專用芯片的設(shè)計(jì)原理。主要內(nèi)容包括：VLSI基礎(chǔ)，包括器件原理、工藝過程、電路抽象、版圖設(shè)計(jì)等內(nèi)容；微系統(tǒng)設(shè)計(jì)，包括IP與SOC、測試與可測試性設(shè)計(jì)、微處理器設(shè)計(jì)等內(nèi)容。 2100433B

《超大規(guī)模集成電路：系統(tǒng)和電路的設(shè)計(jì)原理》是由西北工業(yè)大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院教授高德遠(yuǎn)、樊曉椏、張盛兵等編著的面向計(jì)算機(jī)專業(yè)和微電子專業(yè)本科生和研究生的大學(xué)VSIL課程教材。該書系統(tǒng)地介紹了超大規(guī)模集成電路專用芯片的設(shè)計(jì)原理。