1、現(xiàn)代電子技術(shù)課程論文我國IC產(chǎn)業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀及其與他學(xué)科的結(jié)合誕生新的技術(shù)增長點(diǎn)的應(yīng)用狀況和發(fā)展前景李檀學(xué)號(hào)：04031493信息工程2003-4班級(jí)序號(hào)：5我國IC產(chǎn)業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀及其與他學(xué)科的結(jié)合誕生新的技術(shù)增長點(diǎn)的應(yīng)用狀況和發(fā)展前景如今，IC產(chǎn)業(yè)已經(jīng)列為國家優(yōu)先發(fā)展產(chǎn)業(yè)。以超深亞微米工藝和核復(fù)用（IPREUSE）技術(shù)為支撐的系統(tǒng)芯片（SOC，SYSTEMONCHIP）技術(shù)是國際超大規(guī)模集成電路發(fā)展的趨勢(shì)和二十一世紀(jì)集成電路技術(shù)的主流，這個(gè)發(fā)展趨勢(shì)對(duì)微電子和EDA技術(shù)要求越來越高，技術(shù)的發(fā)展將逐漸成為包括軟硬件協(xié)同設(shè)計(jì)、嵌入式設(shè)計(jì)、數(shù)?；旌显O(shè)計(jì)、IP、SOC、DSP（數(shù)字信號(hào)處理）、MPU（單

2、片機(jī)）、計(jì)算機(jī)等眾多技術(shù)門類的牽涉面很廣的一個(gè)工程學(xué)科，成為推動(dòng)微電子技術(shù)快速發(fā)展的重要工具。 IC產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀與發(fā)展情況分析傳統(tǒng)的IC設(shè)計(jì)是以ASIC設(shè)計(jì)為主。ASIC產(chǎn)品具有體積小、可靠性高、功耗抵、仿制困難，上批量后成本低等優(yōu)點(diǎn)。80年代，隨著微電子產(chǎn)品制造成本的不斷下降和設(shè)計(jì)自動(dòng)化技術(shù)及其工具的長足發(fā)展，刺激了系統(tǒng)設(shè)計(jì)師自己設(shè)計(jì)專用電路的設(shè)想，以彌補(bǔ)MPU等標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品功能的不足或過剩的缺陷，推動(dòng)了一個(gè)產(chǎn)品滿足特定用戶要求的ASIC的發(fā)展，其中特別是預(yù)測(cè)母片的掩模編程技術(shù)，大大折衷了微電子生產(chǎn)廠家和電子整機(jī)廠家間的不同利益，受到了普遍重視。但是這種掩模硬編程專用電路（MASIC）不夠

3、方便，因此在80年代末90年代初又發(fā)展了可編程門陣等一類用戶自編程專用電路（UASIC）。最近十年P(guān)LD技術(shù)已經(jīng)成為設(shè)計(jì)師設(shè)計(jì)數(shù)字系統(tǒng)的首選技術(shù)，在很多場(chǎng)合PLD已經(jīng)取代了傳統(tǒng)意義上的ASIC芯片，“在系統(tǒng)編程技術(shù)”方便了用戶、降低了設(shè)計(jì)成本和風(fēng)險(xiǎn)、縮短了設(shè)計(jì)周期，從而使微電子產(chǎn)品特性進(jìn)入了一個(gè)全新的概念。當(dāng)前，ASIC和PLD設(shè)計(jì)的門數(shù)越來越多，芯片主頻越來越高，兩者也相互融合、優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，都在向著PLD方向發(fā)展。隨著半導(dǎo)體制造工藝和超大規(guī)模集成電路設(shè)計(jì)水平的不斷進(jìn)步，微電子設(shè)計(jì)已經(jīng)進(jìn)入深亞微米階段（工藝特征尺寸小于0.5），SOC和IP技術(shù)越來越成為IC業(yè)界廣泛關(guān)注的焦點(diǎn)，基于IP復(fù)用技術(shù)的

4、水平日益提高；SOC技術(shù)使得原本只能由半導(dǎo)體工藝師們才能完成的集成電路設(shè)計(jì)，現(xiàn)在由系統(tǒng)設(shè)計(jì)師來完成。大批優(yōu)秀的電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)師的參與使IC設(shè)計(jì)產(chǎn)業(yè)欣欣向榮，同時(shí)也有力地促進(jìn)EDA工具的發(fā)展。IC設(shè)計(jì)業(yè)的最新一輪分工打破我國集成電路行業(yè)發(fā)展高不成低不就的僵局，提供了一個(gè)適合我國國情的切入點(diǎn)，中等難度和設(shè)計(jì)規(guī)模的IP比較適合于中國企業(yè)。IP產(chǎn)業(yè)的建立必將從國內(nèi)和國際兩個(gè)方面拉動(dòng)我國IC設(shè)計(jì)業(yè)。 EDA技術(shù)現(xiàn)狀與發(fā)展?fàn)顩r分析電子設(shè)計(jì)技術(shù)的核心就是EDA技術(shù)，EDA是指以計(jì)算機(jī)為工作平臺(tái)，融合應(yīng)用電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、智能化技術(shù)最新成果而研制成的電子CAD通用軟件包，主要能輔助進(jìn)行三方面的設(shè)計(jì)

5、工作，即IC設(shè)計(jì)、電子電路設(shè)計(jì)和PCB設(shè)計(jì)。EDA技術(shù)已有30年的發(fā)展歷程，大致圖編輯、PCB布局布線，取代了手工操作。80年代為計(jì)算機(jī)輔助工程（CAE）階段。與CAD相比，CAE除了有純粹的圖形繪制功能外，又增加了電路功能設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，并且通過電氣連接網(wǎng)絡(luò)表將兩者結(jié)合在一起，實(shí)可分為三個(gè)階段。70年代為計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD）階段，人們開始用計(jì)算機(jī)輔助進(jìn)行IC版現(xiàn)了工程設(shè)計(jì)。CAE的主要功能是：原理圖輸人，邏輯仿真，電路分析，自動(dòng)布局布線，PCB后分析。90年代為電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)自動(dòng)化（EDA）階段。由于EDA技術(shù)是面向解決電子系統(tǒng)最基本最低層硬件實(shí)現(xiàn)問題的技術(shù)，因此就其發(fā)展趨勢(shì)的橫向看，勢(shì)必

6、涉及越來越廣闊的電子技術(shù)及電子設(shè)計(jì)技術(shù)領(lǐng)域。其中包括電子工程、電子信息、通信、航天航空、工業(yè)自動(dòng)化、家電、生物工程等等。而且隨著大規(guī)模集成電路技術(shù)的發(fā)展和EDA工具軟件功能的不斷加強(qiáng)，所涉及的領(lǐng)域還將不斷擴(kuò)大；而從縱向看，EDA技術(shù)實(shí)現(xiàn)的硬件形式和涉及的理論模型必將走向一個(gè)統(tǒng)一的結(jié)合體，即單片系統(tǒng)SOC或SOPC。EDA技術(shù)是電子設(shè)計(jì)領(lǐng)域的一場(chǎng)革命，目前正處于高速發(fā)展階段，每年都有新的EDA工具問世。廣大電子工程人員掌握這一先進(jìn)技術(shù)，這不僅是提高設(shè)計(jì)效率的需要，更是我國電子工業(yè)在世界市場(chǎng)上生存、競爭與發(fā)展的需要。從目前的情況來看，國內(nèi)已經(jīng)有了象“熊貓”系統(tǒng)這樣達(dá)到90年代水平的EDA系統(tǒng)，但仍

7、缺少與國外先進(jìn)產(chǎn)品競爭的能力。國內(nèi)的EDA產(chǎn)業(yè)還比較落后，基本上還是外國產(chǎn)品一統(tǒng)天下的局面。這應(yīng)該引起業(yè)界的重視。微電子與其他學(xué)科的結(jié)合誕生新的技術(shù)增長點(diǎn)微電子技術(shù)的強(qiáng)大生命力在于它可以低成本、大批量地生產(chǎn)出具有高可靠性和高精度的微電子結(jié)構(gòu)模塊。這種技術(shù)一旦與其它學(xué)科相結(jié)合,便會(huì)誕生出一系列嶄新的學(xué)科和重大的經(jīng)濟(jì)增長點(diǎn)，這方面的典型例子便是MEMS（微機(jī)電系統(tǒng)）技術(shù)和DNA生物芯片，前者是微電子技術(shù)與機(jī)械、光學(xué)等領(lǐng)域結(jié)合而誕生的，后者則是與生物工程技術(shù)結(jié)合的產(chǎn)物。這種技術(shù)一旦得到適當(dāng)?shù)膽?yīng)用，將發(fā)揮極大的作用，帶來所應(yīng)用領(lǐng)域的一場(chǎng)變革，這個(gè)方面的典型例子便是微電子在國防科技產(chǎn)業(yè)上的應(yīng)用。微電子機(jī)

8、械系統(tǒng)不僅是微電子技術(shù)的拓寬和延伸,它將微電子技術(shù)和精密機(jī)械加工技術(shù)相互融合，實(shí)現(xiàn)了微電子與機(jī)械融為一體的系統(tǒng)。MEMS將電子系統(tǒng)和外部世界聯(lián)系起來，它不僅可以感受運(yùn)動(dòng)、光、聲、熱、磁等自然界的外部信號(hào)，把這些信號(hào)轉(zhuǎn)換成電子系統(tǒng)可以認(rèn)識(shí)的電信號(hào)，而且還可以通過電子系統(tǒng)控制這些信號(hào)，發(fā)出指令并完成該指令。從廣義上講，MEMS是指集微型傳感器、微型執(zhí)行器、信號(hào)處理和控制電路、接口電路、通信系統(tǒng)以及電源于一體的微型機(jī)電系統(tǒng)。MEMS技術(shù)是一種典型的多學(xué)科交叉的前沿性研究領(lǐng)域，它幾乎涉及到自然及工程科學(xué)的所有領(lǐng)域，如電子技術(shù)、機(jī)械技術(shù)、光學(xué)、物理學(xué)、化學(xué)、生物醫(yī)學(xué)、材料科學(xué)、能源科學(xué)等。MEMS的發(fā)展

9、開辟了一個(gè)全新的技術(shù)領(lǐng)域和產(chǎn)業(yè)。它們不僅可以降低機(jī)電系統(tǒng)的成本，而且還可以完成許多大尺寸機(jī)電系統(tǒng)所不能完成的任務(wù)。正是由于MEMS器件和系統(tǒng)具有體積小、重量輕、功耗低、成本低、可靠性高、性能優(yōu)異及功能強(qiáng)大等傳統(tǒng)傳感器無法比擬的優(yōu)點(diǎn),因而MEMS在航空、航天、汽車、生物醫(yī)學(xué)、環(huán)境監(jiān)控、軍事以及幾乎人們接觸到的所有領(lǐng)域中都有著十分廣闊的應(yīng)用前景。例如微慣性傳感器及其組成的微型慣性測(cè)量組合能應(yīng)用于制導(dǎo)、衛(wèi)星控制、汽車自動(dòng)駕駛、汽車防撞氣囊、汽車防抱死系統(tǒng)（ABS）、穩(wěn)定控制和玩具；微流量系統(tǒng)和微分析儀可用于微推進(jìn)、傷員救護(hù)；信息MEMS系統(tǒng)將在射頻系統(tǒng)、全光通訊系統(tǒng)和高密度存儲(chǔ)器和顯示等方面發(fā)揮重大

10、作用；同時(shí)MEMS系統(tǒng)還可以用于醫(yī)療、光譜分析、信息采集等等?，F(xiàn)在已經(jīng)成功地制造出了尖端直徑為5m的可以夾起一個(gè)紅細(xì)胞的微型鑷子，可以在磁場(chǎng)中飛行的象蝴蝶大小的飛機(jī)等。MEMS技術(shù)及其產(chǎn)品的增長速度非常之高，目前正處在技術(shù)發(fā)展時(shí)期，再過若干年將會(huì)迎來MEMS產(chǎn)業(yè)化高速發(fā)展的時(shí)期。2005年，全世界MEMS的市場(chǎng)達(dá)到220到240億美元，而帶來的與之相關(guān)的市場(chǎng)達(dá)到1500億美元。目前，MEMS系統(tǒng)與集成電路發(fā)展的初期情況極為相似。集成電路發(fā)展初期，其電路在今天看來是很簡單的，應(yīng)用也非常有限，以軍事需求為主,但它的誘人前景吸引了人們進(jìn)行大量投資，促進(jìn)了集成電路飛速發(fā)展。集成電路技術(shù)的進(jìn)步,加快了計(jì)

11、算機(jī)更新?lián)Q代的速度，對(duì)CPU和RAM的需求越來越大,反過來又促進(jìn)了集成電路的發(fā)展。集成電路和計(jì)算機(jī)在發(fā)展中相互推動(dòng)，形成了今天的雙贏局面，帶來了一場(chǎng)信息革命?，F(xiàn)階段的微機(jī)電系統(tǒng)專用性很強(qiáng)，單個(gè)系統(tǒng)的應(yīng)用范圍非常有限,還沒有出現(xiàn)類似于CPU和RAM這樣量大面廣的產(chǎn)品。隨著微機(jī)電系統(tǒng)的進(jìn)步，最后將有可能形成像微電子技術(shù)一樣有廣泛應(yīng)用前景的新產(chǎn)業(yè)，從而對(duì)人們的社會(huì)生產(chǎn)和生活方式產(chǎn)生重大影響。當(dāng)前MEMS系統(tǒng)能否取得更更大突破，取決于兩方面的因素：第一是在微系統(tǒng)理論與基礎(chǔ)技術(shù)方面取得突破性進(jìn)展，使人們依靠掌握的理論和基礎(chǔ)技術(shù)可以高效地設(shè)計(jì)制造出所需的微系統(tǒng)；第二是找準(zhǔn)應(yīng)用突破口，揚(yáng)長避短，以特別適合微

12、系統(tǒng)應(yīng)用的重大領(lǐng)域?yàn)槟繕?biāo)進(jìn)行研究,取得突破，從而帶動(dòng)微系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。在MEMS發(fā)展中需要繼續(xù)解決的問題主要有：MEMS建模與設(shè)計(jì)方法學(xué)研究；三維微結(jié)構(gòu)構(gòu)造原理、方法、仿真及制造；微小尺度力學(xué)和熱學(xué)研究；MEMS的表征與計(jì)量方法學(xué)；納結(jié)構(gòu)與集成技術(shù)等。微電子與生物技術(shù)緊密結(jié)合誕生的以DNA芯片等為代表的生物芯片將是21世紀(jì)微電子領(lǐng)域的另一個(gè)熱點(diǎn)和新的經(jīng)濟(jì)增長點(diǎn)。它是以生物科學(xué)為基礎(chǔ)，利用生物體、生物組織或細(xì)胞等的特點(diǎn)和功能，設(shè)計(jì)構(gòu)建具有預(yù)期性狀的新物種或新品系，并與工程技術(shù)相結(jié)合進(jìn)行加工生產(chǎn)，它是生命科學(xué)與技術(shù)科學(xué)相結(jié)合的產(chǎn)物。具有附加值高、資源占用少等一系列特點(diǎn)，正日益受到廣泛關(guān)注。目前最有

13、代表性的生物芯片是DNA芯片。采用微電子加工技術(shù)，可以在指甲蓋大小的硅片上制作出包含有多達(dá)萬種DNA基因片段的芯片。利用這種芯片可以在極快的時(shí)間內(nèi)檢測(cè)或發(fā)現(xiàn)遺傳基因的變化等情況，這無疑對(duì)遺傳學(xué)研究、疾病診斷、疾病治療和預(yù)防、轉(zhuǎn)基因工程等具有極其重要的作用。DNA芯片的基本思想是通過生物反應(yīng)或施加電場(chǎng)等措施使一些特殊的物質(zhì)能夠反映出某種基因的特性從而起到檢測(cè)基因的目的。目前Stanford和Affymetrix公司的研究人員已經(jīng)利用微電子技術(shù)在硅片或玻璃片上制作出了DNA芯片4。他們制作的DNA芯片是通過在玻璃片上刻蝕出非常小的溝槽，然后在溝槽中覆蓋一層DNA纖維。不同的DNA纖維圖案分別表示不

14、同的DNA基因片段，該芯片共包括6000余種DNA基因片段。DNA（脫氧核糖核酸）是生物學(xué)中最重要的一種物質(zhì)，它包含有大量的生物遺傳信息，DNA芯片的作用非常巨大，其應(yīng)用領(lǐng)域也非常廣泛：它不僅可以用于基因?qū)W研究、生物醫(yī)學(xué)等，而且隨著DNA芯片的發(fā)展還將形成微電子生物信息系統(tǒng)，這樣該技術(shù)將廣泛應(yīng)用到農(nóng)業(yè)、工業(yè)、醫(yī)學(xué)和環(huán)境保護(hù)等人類生活的各個(gè)方面，那時(shí)，生物芯片有可能象今天的IC芯片一樣無處不在。目前的生物芯片主要是指通過平面微細(xì)加工技術(shù)及超分子自組裝技術(shù)，在固體芯片表面構(gòu)建的微分析單元和系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)對(duì)化合物、蛋白質(zhì)、核酸、細(xì)胞以及其它生物組分的準(zhǔn)確、快速、大信息量的篩選或檢測(cè)。生物芯片的主要研究

15、包括采用生物芯片的具體實(shí)現(xiàn)技術(shù)、基于生物芯片的生物信息學(xué)以及高密度生物芯片的設(shè)計(jì)、檢測(cè)方法學(xué)等等。微電子在國防科技產(chǎn)業(yè)上的應(yīng)用前景廣闊，發(fā)達(dá)國家的經(jīng)驗(yàn)表明，現(xiàn)代信息化武器裝備對(duì)科技升級(jí)和國民經(jīng)濟(jì)具有明顯的帶動(dòng)作用。一般情況下，投入1美元的軍工可以帶動(dòng)5美元的社會(huì)經(jīng)濟(jì)，而航天科技的投入產(chǎn)出比更是達(dá)到7-12倍。和發(fā)達(dá)國家甚至世界平均水平相比，我國國防投入仍然處于較低的水平。2004年世界人均軍費(fèi)為162美元，我國居民人均軍費(fèi)僅為20美元；世界每平方公里陸地所占軍費(fèi)為6946美元，而我國為2747美元。從絕對(duì)指標(biāo)來看，2004年美國的軍費(fèi)總開支高達(dá)4620.99億美元，占全球軍費(fèi)總開支的47%，日

16、本占4.1%，而我國僅占2.4%。2005年，我國國防開支占GDP的1.36%，而美國同期達(dá)到3.6%。顯然，我國國防投入還沒有達(dá)到可以拉動(dòng)國民經(jīng)濟(jì)增長的適當(dāng)水平。目前，受益于世界新軍事變革，武器裝備進(jìn)入升級(jí)換代的高峰，部分軍民兩用產(chǎn)品企業(yè)將分享到這次升級(jí)所帶來的快速增長。航天系統(tǒng)的火箭股份、中國衛(wèi)星、航天長峰、航天電器，航空制造體系中洪都航空、西飛國際、成發(fā)科技等公司承擔(dān)部分國防軍工的任務(wù)，將充分享受到國內(nèi)武器升級(jí)換代帶來的增長機(jī)會(huì)。但從長期發(fā)展的角度來看，我們認(rèn)為國防工業(yè)產(chǎn)業(yè)化將為具有核心技術(shù)的軍工企業(yè)準(zhǔn)備更大的市場(chǎng)空間。航天長峰是國防科工委系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)化的試點(diǎn)上市公司，而火箭股份大股東航天科

17、技集團(tuán)將火箭院、九院、十院等機(jī)電資產(chǎn)整合成立時(shí)代電子，并以此為市場(chǎng)化的平臺(tái)，逐步將其機(jī)電產(chǎn)品注入上市公司，實(shí)現(xiàn)國防資產(chǎn)證券化。洪都航空、西飛國際、成發(fā)科技部分承擔(dān)我國第三代戰(zhàn)斗機(jī)或教練機(jī)的生產(chǎn)任務(wù)，同時(shí)進(jìn)入國際航空制造領(lǐng)域。我們認(rèn)為目前這些企業(yè)面臨世界新軍事變革和我國鼓勵(lì)國防工業(yè)產(chǎn)業(yè)化的雙重歷史機(jī)遇，具有持續(xù)發(fā)展的潛力和巨大的業(yè)務(wù)空間。 “十一五”期間將是我國新軍事變革和推進(jìn)國防科技產(chǎn)業(yè)化的重要階段，我們認(rèn)為未來5-10年，該行業(yè)上市公司業(yè)績將保持持續(xù)較快發(fā)展。2005年是行業(yè)上市公司業(yè)績整體表現(xiàn)的第一年，洪都航空、西飛國際和寶鈦股份等公司都在這一時(shí)期消化了公司以往的歷史包袱，開始進(jìn)入盈利增長的周期。我們預(yù)計(jì)2006年-2007年軍民兩用上市公司收入和利潤平均增長20%-30%，國防科技產(chǎn)業(yè)具有中長期投資價(jià)值。4 結(jié)語在微電子學(xué)發(fā)展歷程的前50年中，創(chuàng)新和基礎(chǔ)研究曾起到非常關(guān)鍵的決定性作用。而隨