IC设计产业.ppt
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1、IC設計產業,洪士灝台大資工系2005.11,爪剧音椅并享秩浸陷肆陋话抿摸霓袋孽自兰哪蒲阳尖扦套丫离敏铣湖矿灼IC设计产业IC设计产业,Outline,IC設計產業歷史背景IC設計與製造流程IC設計業與上游供應商IC設計與下游價值鏈IC設計產業特性IC產品應用領域與IC設計主要競爭者台灣IC設計產業:現況與挑戰,绍迹雄谚豪势碎等右寇另霓六啤课硒谷突雏菩局趾固箭碱思哼另崔求差娟IC设计产业IC设计产业,IC設計產業歷史背景,電子元件技術Tube-Transistor-Integrated CircuitMoores LawMSI-LSI-VLSI-數位化資訊時代IC被廣泛地應用於電腦、通訊、消費
2、性電子、工業電子等諸多用途台灣在半導體產業的發展2003年超過190億美元(全球1,664億美元)系統單晶片(System-on-Chip or SoC),清逗别仅煮厚曳咙戎俗咸手左渡酷劣覆讼讥胀藐寄恐拄官合店转藏滑缩呕IC设计产业IC设计产业,電子元件技術Milestones,Braun invents the solid-state rectifier.DeForest invents triode vacuum tube.1907-1927First radio circuits de-veloped from diodes and triodes.1925Lilienfeld fiel
3、d-effect device patent filed.Bardeen and Brattain at Bell Laboratories invent bipolar transistors.Commercial bipolar transistor production at Texas Instruments.Bardeen,Brattain,and Shockley receive Nobel prize.,Integrated circuit developed by Kilby and NoyceFirst commercial IC from Fairchild Semicon
4、ductorIEEE formed from merger or IRE and AIEEFirst commercial IC opampOne transistor DRAM cell invented by Dennard at IBM.4004 Intel microprocessor introduced.First commercial 1-kilobit memory.19748080 microprocessor introduced.Megabit memory chip introduced.2000Alferov,Kilby,and Kromer share Nobel
5、prize,伶蔬砒酥纱尝导肚趾搁六可肛零晤县工辙约窘锗银它骤荔肚髓椅降满名徐IC设计产业IC设计产业,Moores Law,?,佬为窖绵增宴程投揉惑誓游诽尖亚宣咬牟蛤栗客藐元荔枚筋束单然贼鸽蜒IC设计产业IC设计产业,Device Feature Size,Feature size reductions enabled by process innovations.Smaller features lead to more transistors per unit area and therefore higher density.,条器涝逸慕啃溃谩姬斧索迸胖凉角垣勿朴径朝植构银陶娄拂意瓣冶狂
6、促极IC设计产业IC设计产业,5 Commandments IEEE Spectrum December 2003,pp.31-35.,Moores Law:The number of transistors on a chip doubles annually(modified to 18-24 mo.later)Rocks Law:The cost of semiconductor tools doubles every four yearsMachrones Law:The PC you want to buy will always be$5000($500-1000 now)Metc
7、alfes Law:A networks value grows proportionately to the number of its users squaredWirths Law:Software is slowing faster than hardware is accelerating,大印终扮浩贸荧迁彩纲除圾仗气沼速牲耍盖憎缸坪柳缎田验品莲曲残砖袖IC设计产业IC设计产业,類比與數位Analog and Digital Signals,Analog signals are continuous in time and voltage or current.(Charge can
8、 also be used as a signal conveyor.),After digitization,the continuous analog signal becomes a set of discrete values,typically separated by fixed time intervals.,炕椭满扫拽敌碎刨音匣浮恭殃顺讯裁迎幼腑逞阔侦菩穿呻壮孝幽边袜菏硅IC设计产业IC设计产业,數位化資訊時代,數位化資訊 why?Perfect reproductionBetter for Communication and StorageDigital processing
9、 is easier to programDigital ICs are easier to design and manufactureDigital information/media is everywhere數位不一定好Quantization errorsSampling rateQuality of AD/DA conversion circuitsErrors may result in worse results,伴稍欲挎匣耀采木素痞癸乞瓜庞壳裹影想釉粪扛酪店假等搬冶牟歌计榴侥IC设计产业IC设计产业,Exhibit 1:IC設計業佔半導體產業營收比率與台灣IC設計業全球佔有率
10、,宇鸡凌俏悼消浩殃凰圾许沏廓洗把总徘滋恳腮卓订耙饶轿贴钎权嘿士帜论IC设计产业IC设计产业,IC設計與製造流程,IC 產品分類IC 設計流程 IC 設計產業分工結構變遷,虱撑磐躁作籽滑斧亚衬奇骋并粒吊秽总侥撩烧稚盼郎丰籍告寡宾仓家斌扫IC设计产业IC设计产业,IC 產品分類說明,記憶體IC(Memory Integrated Circuit)邏輯IC(Logic Integrated Circuit)微元件IC(Micro Component Integrated Circuit)類比IC(Analog Integrated Circuit),碳期项颂涎镰纲窜宴獭擞撂惹简鲍抹纤溪易酉络咒出趟玲
11、思盾腊要茁撵肋IC设计产业IC设计产业,記憶體ICMemory Integrated Circuit,記憶體IC:儲存資料用依據儲存資料後是否需要不斷供電,可分為揮發性(Volatile)動態隨機記憶體(Dynamic Random Access Memory or DRAM):個人電腦靜態隨機記憶體(Static Random Access Memory or SRAM):手機非揮發性(Non-Volatile)唯讀記憶體(Ready Only Memory or ROM)快閃記憶體(Flash):目前成長最快的記憶體領域,多使用在相機,手機,記憶卡,隨身碟等。,桌借孝胃业砒清夸舔撩婪园壁洪
12、茄综郊体气扇允龙惩乾毯瘦喀鸿帘檀巍柿IC设计产业IC设计产业,邏輯ICLogic Integrated Circuit,標準邏輯(Standard Logic)IC最早期的IC產品,主要是進行一些基本的邏輯運算,如:AND、OR等。特殊用途IC(Application Specific Integrated Circuit or ASIC)可以完全由IC設計公司自行設計,或兼採部分標準元件。ASIC客製化的程度可以分為三大類:全客戶設計(Full Customer Design,FCD);彈性最大但是也最耗時間閘門陣列設計(Gate Array based Design,GAD),即使用事先設
13、計好的電路資料庫進行設計;可程式化元件設計(Programmable Device based Design,PDD),即透過已經設計好但功能可以程式化的元件來進行設計。彈性最小但開發時間最快。,贵羌稗堕埂咙宣仓杯步蚜换丙慌干述唯檀踊触歹滥然瘴串盾置聂染氦胯祈IC设计产业IC设计产业,微元件ICMicro Component Integrated Circuit,微處理器單元(Micro Processor Unit,MPU)MPU主要是用來進行運算用的IC,在一個系統內(如PC或是手機)可以透過軟體程式,控制MPU內部的運算功能以達到特定目的。架構上又可以分為:複雜指令集運算(Complex
14、 Instruction Set Computing or CISC)精簡指令集運算(Reduced Instruction Set Computing or RISC)兩種架構各有其優缺點,如廣為PC採用的Intel的x86 微處理器,即是採取CISC架構,而廣為使用在行動電話內的ARM微處理器則採用RISC架構。微控制器單元(Micro Controller Unit,MCU):整合MPU、較小容量記憶體IC、外加少許的電子零件而成的簡單控制系統。低成本電子設備上,如:遙控器、微波爐等的小型電子設備。Intel公司的8051系列即是廣受採用的MCU晶片。微處理週邊(Micro Periph
15、eral,MPR)由多種IC構成、用來處理週邊設備的組合式晶片,如:圖形控制晶片組、通訊控制晶片組、儲存控制晶片組與其他控制晶片組(如:鍵盤控制、語音輸出入)等。數位訊號處理器(Digital Signal Processor,DSP)。用來處理需要複雜數學運算的一種特殊型MPU,主要是用在處理自然界訊號(如:聲波、電波、光波等)的運算與處理。,皆稿柜绥啊幅睁疏半户氦制祁日哀寺截抱驳垢燎腮分肘尚白梦沤琼渡寒旺IC设计产业IC设计产业,類比ICAnalog Integrated Circuit,線性IC(Linear Integrated Circuit)主要用來處理電源管理(power man
16、agement)、放大器(Amplifier)、與轉換器(Converter,如數位訊號轉類比訊號Digital to Analog與類比訊號轉數位訊號Analog to Digital)等功能。混合模式IC(Mixed Mode Integrated Circuit)。係指混合線性和數位的晶片組(chipset),多用於視聽產品。,筋攘屹穗皮瑞痢浮姻匝勃茵卞霉岔准宿嚷仲啸卸八意幼钱评勾远昼籍瞪玩IC设计产业IC设计产业,IC產品分類圖,本堕框惫瞅填踩卓氧束恨惩闻来秽阅幕涝弄蜂臣姑抹兑嘻欢戊门光啊吗智IC设计产业IC设计产业,IC設計流程,規格制定(Specification)行為描述(Beh
17、avior)RTL(Register Transfer Level)設計邏輯(Logic)設計電路(Circuit)設計佈局(Layout),挚茧吧戌铁邀楞粥跪量酷肉息碱潮焊硷辣蚊睦翟捻忠紫土钨垒惫疼剥待视IC设计产业IC设计产业,IC設計軟體工具,IC設計業的自動化程度很高,設計的過程需要透過軟體來進行硬體描述語言Hardware Description Language(HDL)Verilog and VHDL:RTL levelLayout ToolsValidation&SimulationSPICE,套芍浑则惊凤鹅凸彪冲擂燕携颅狙赴尹磁尤郭瘤咕虏出渔挚御单望萎诫娘IC设计产业IC设计
18、产业,Exhibit 2:半導體產業價值鏈與附加價值,尧殖肆沮漂枷酪港舱观契壶薛束施溶狼潦刽冈久捂绍纱铜抽企稽危拒松胀IC设计产业IC设计产业,IC設計產業分工結構變遷,垂直分工的趨勢大型系統產品廠商(如IBM)整合元件製造商(Integrated Device Manufacturer or IDM)70代為設計、生產與封裝、測試量大且通用的IC產品 Intel,TI,Motorola無晶圓廠IC設計公司 使用EDA(Electronic Design Automation)公司提供的電腦模擬軟體工具 IDM無生產意願、量小、且專用的晶片 特殊應用標準產品(Application-Speci
19、fic Standard Product or ASSP)特殊應用IC(Application-Specific Integrated Circuit or ASIC)專業晶圓代工廠(Foundry)閘門陣列(Gate Array)系統單晶片(System-on-Chip or SoC)將原來不同功能的多顆晶片,整合成單一顆的系統晶片。,胚楚抽堪结翰笛淮朗芬梆骋刺顺抛银阑更泡袋亡硫泉讯彤阜骨骡侵盂巢砷IC设计产业IC设计产业,Exhibit 3:IC產業垂直分工演化過程,浆莉柯跨蚜胀商腆们以肖澄绪鸽壹鬃釉汪寸座雏捶喘领娱言镊芯冰餐蒂釉IC设计产业IC设计产业,系統單晶片System-on-Ch
20、ip(SoC),近年來IC設計趨勢製造技術的快速提升及普遍化縮短開發時間輕、薄、短、小、低耗電、低成本Dataquest預估,SoC 的產值佔半導體業產值的比重由2001年的15.8,將大幅成長至2005年的24.6,預期可達到469億美元的產值規模。矽智財(Silicon Intellectual Property,SIP)設計能力的提升明顯地跟不上製程技術提昇的腳步。經過設計、驗證且可重複使用(reuse)的功能區塊矽智財供應商(SIP Provider)和IC設計服務業者(IC Design Service Provider)。如台積電的創意、與聯電集團的智原,滨辊叔镰旷漱坤趟辐葵勒炽少
21、乾龟褂预梅魄秩最积囊伪瘪感履滞幸害稻于IC设计产业IC设计产业,IC設計業與上游供應商(1),光罩廠商一顆IC的光罩成本在台幣數百萬到數千萬之間 美國的杜邦(Du Pont)、Photronics、與日本的凸版印刷(Toppan)、大日本印刷(Dai Nippon Printing,DNP)、國內的台灣光罩與翔準先進 晶圓代工廠全球前兩大晶圓代工廠(台積電與聯電)近80%的佔有率 新競爭者(如中國大陸的中芯與宏力半導體等)加入市場,低階製程價格開始產生鬆動 IDM大廠(如IBM與TI)也以其剩餘產能加入晶圓代工的戰局,使得高階製程也會面臨價格的壓力 封裝與測試廠商附加價值較低,知識密集度較低,
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