2、芯片SOC技術的發(fā)展現(xiàn)狀

　　集成電路（IC）的發(fā)展已有40多年的歷史，它一直遵循著1965年摩爾提出的規(guī)律增長，即集成電路中晶體管的數(shù)目每18個月增加一倍。每2～3年制造技術更新一代，這是基于柵長不斷縮小的結果，器件柵長的縮小又基本上依照等比例縮小的原則，并促進其它工藝參數(shù)的提高。現(xiàn)按此規(guī)律，集成電路的基本單元CMOS器件已進入超深亞微米乃至納米加工時代（即器件的柵長小于50nm）。由于信息市場的需求和微電子自身的發(fā)展，引發(fā)了以微細加工（集成電路特征尺寸不斷縮?。橹饕卣鞯亩喾N工藝集成技術和面向應用的系統(tǒng)級芯片的發(fā)展。隨著半導體產(chǎn)業(yè)進入納米加工時代，在單一集成電路芯片上就可以實現(xiàn)一個復雜的電子系統(tǒng)，諸如手機芯片、數(shù)字電視芯片、DVD芯片等等。

　　世界集成電路大生產(chǎn)目前已經(jīng)進入納米時代，全球多條90nm/12英寸生產(chǎn)線用于規(guī)?；a(chǎn)，基于65nm之間水平線寬的生產(chǎn)技術已經(jīng)基本成形，Intel公司的CPU芯片已經(jīng)采用45nm的生產(chǎn)工藝。在世界最高水平的單片集成電路芯片上，所容納的元器件數(shù)量已經(jīng)達到80多億個。如2006年，單片系統(tǒng)集成芯片的最小特征尺寸0.09μm、芯片集成度達2億以上個晶體管、芯片面積520mm2、7～8層金屬連線、管腳數(shù)4000個、工作電壓0.9～1.2V、工作頻率2～2.5GHz，功率160W。到2010年，己提高到0.07μm的水平。而硅IC晶片直徑尺寸，如2000年～2005年己從200mm轉向300mm，2006～2010年又轉向到400mm。單片硅集成技術最小特征尺寸的發(fā)展狀況如表1所示。

　　表1、單片硅集成技術最小特征尺寸的發(fā)展狀況

　　整個半導體工藝技術的發(fā)展隨著晶體管柵長及光刻間距持續(xù)地縮小，使得芯片能夠在面積越來越小的同時，獲得較快的運行速度，同時也使得一個晶圓所能產(chǎn)出的芯片數(shù)目越來越多，大幅提高晶圓工藝的生產(chǎn)力。整個半導體工藝技術的發(fā)展仍是呈現(xiàn)持續(xù)加速的狀態(tài)，特別是在DRAM、MPU等領域，而光刻等微細加工技術則呈現(xiàn)出穩(wěn)定的發(fā)展。

　　在集成電路設計中，硅技術是主流技術，硅集成電路產(chǎn)品是主流產(chǎn)品，占集成電路設計的90%以上。正因為硅集成電路設計的重要性，各國都很重視。目前，產(chǎn)業(yè)鏈的上游仍被美國、日本和歐洲等國家和地區(qū)占據(jù)，設計、生產(chǎn)和裝備等核心技術也由其掌握。

　　以集成電路為核心的電子信息產(chǎn)業(yè)目前超過了以汽車、石油和鋼鐵為代表的傳統(tǒng)的工業(yè)而成為第1大產(chǎn)業(yè)，成為改造和拉動傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)邁向數(shù)字時代的強大引擎和雄厚基石。以集成電路為核心的電子信息產(chǎn)業(yè)的世界貿(mào)易總額約占世界GNP的3%，現(xiàn)代經(jīng)濟發(fā)展數(shù)據(jù)表明，每l～2元集成電路產(chǎn)值，帶動10元左右電子工業(yè)產(chǎn)值的形成，進而帶動100元GDP的增長。發(fā)達的國家國民經(jīng)濟總產(chǎn)值增長部分的65%目前與集成電路相關。作為當今世界經(jīng)濟競爭的焦點，擁有自主版權的集成電路日益成為經(jīng)濟發(fā)展的關鍵、社會進步的基礎、國際競爭的籌碼和國家安全的保障。

　　隨著集成方法學和微細加工技術的持續(xù)成熟與應用領域的不斷擴大，不同類型的集成電路相互鑲嵌，形成了各種嵌入式系統(tǒng)（EmbeddedSystem）和片上系統(tǒng)（SystemonChip即SOC）技術，在實現(xiàn)從集成電路（IC）到系統(tǒng)集成（IS）過渡中，“硅知識產(chǎn)權（IP）模塊”和“軟、硬件協(xié)同設計”技術興起，可以將一個電子子系統(tǒng)或整個電子系統(tǒng)“集成”在一個硅芯片上，以完成信息加工與處理的功能。如1995年LSILogic公司為Sony公司設計的SOC，可能就是基于IP（IntellectualProperty）核完成SOC設計的最早報導。由于SOC可以充分利用已有的設計積累，顯著地提高了ASIC的設計能力，因此發(fā)展非常迅速，引起了工業(yè)界和學術界的關注。

　　SOC是集成電路發(fā)展的必然趨勢，其技術特點是：半導體工藝技術的系統(tǒng)集成；軟件系統(tǒng)和硬件系統(tǒng)的集成。

　　SOC具有的優(yōu)勢是，能創(chuàng)造其產(chǎn)品價值與市場需求：降低耗電量；減少體積；增加系統(tǒng)功能；提高速度；節(jié)省成本。

　　眾所周知，“IC”（IntegratedCircuit）是集成電路的最早定義，它出現(xiàn)于上世紀70年代，如集成電路74系列、4000系列諸邏輯器件等，它屬于功能級芯片；后十年左右出現(xiàn)了“ASIC”（ApplicationSpecificIntegratedCircuit），即具有某種特定功能的集成電路、立體聲解碼、維特比糾錯芯片等，屬于專業(yè)級芯片；到90年代后出現(xiàn)了直接使用系統(tǒng)芯片開發(fā)產(chǎn)品，即呈爆炸性發(fā)展的“SOC”，屬于系統(tǒng)級芯片：再后至本世紀初“SIP”（SystemInPackage）、“MCP”（MultiChipPackage）已出現(xiàn)在越來越多的場合，即針對產(chǎn)品開發(fā)產(chǎn)品芯片，因而“SIP”屬于產(chǎn)品級芯片，是SOC的一種延伸。

　　因此，“IC”--“ASIC”--“SOC”--“SIP”是現(xiàn)代電子系統(tǒng)設計的發(fā)展標志。

　　所謂SIP是指將系統(tǒng)所需不同SOC及其配置芯片的裸die綁定連接后再封裝，需要具備SOC及SOC以外的系統(tǒng)設計能力。如圖1所示。

　　圖1、用不同SOC及其配置芯片5層綁定的SIP實物像片

　　如某集成電路暨系統(tǒng)集成公司，在研發(fā)完成64bitCPUSOC后，又斥巨資以SIP技術實現(xiàn)了單芯片系統(tǒng)集成，單芯片內(nèi)除計算機各部功能外，內(nèi)置數(shù)Gb的RAM、Flash、顯示功能core；同時將Windows操作系統(tǒng)以及應用軟件也實現(xiàn)了芯片內(nèi)置。下一步的發(fā)展目標是將64bitCPU系統(tǒng)、GPRS（CDMA）系統(tǒng)、圖像芯片整合為一顆芯片。

　　市場的需求決定著需要研發(fā)的SOC，考慮到我國巨大的移動通信和數(shù)字家電市場的核心芯片主要依賴于進口的狀況，研發(fā)數(shù)字家電類SOC已為國內(nèi)各大IC設計機構、公司所看好，紛紛投入人力、物力進行這兩個方面SOC的研發(fā)工作。國內(nèi)移動通信類SOC的研發(fā)主要集中在華為、中興、大唐等通信公司；數(shù)字家電類SOC的研發(fā)主要集中在海爾、華大、華虹等設計公司。目前，海爾研發(fā)出的可產(chǎn)品化的HMD2002芯片集傳統(tǒng)MPEG-2芯片組于一身，含有下列成分：MPU、OSD處理器、解擾器、解復用器、MPEG-2視頻解碼器、音頻解碼器（Musicam或DolbyDigital）和PAL/NTSC/SECAM數(shù)字編碼器，主要完成DVB解擾、MPEG-2解復用、MPEG-2解壓縮、音視頻信號恢復和模擬音視頻信號合成編碼等信源解碼工作。隨著進一步研發(fā)，海爾數(shù)字電視SOC芯片將把信道解碼部分也包含進去，真正成為數(shù)字電視的單芯片解決方案。

　　值得指出的是，集成電路技術的發(fā)展，并不意味著一代淘汰一代。實際上是多代并存，以成本最低，收益/投人比最大的原則各自占領相關應用領域。如目前已使用300mm硅片，但生產(chǎn)上仍使用150mm、200mm硅圓片，實際上150mm和200mm硅片的生產(chǎn)量幾乎相等。100mm硅片的產(chǎn)量仍有一定的比例。而且特征加工尺寸≥0.5μm的在200mm硅片生產(chǎn)中仍占有21％的比例。

　　未來十幾年，是我國微電子發(fā)展的關鍵時期。要充分利用我國經(jīng)濟調(diào)整發(fā)展和巨大市場的優(yōu)勢，精心規(guī)劃，重點扶持，力爭通過10年或略長一些時間的努力，充分掌握集成電路設計、生產(chǎn)的關鍵技術，提高國內(nèi)外市場占有率和國內(nèi)市場的自給率，以滿足國民經(jīng)濟和國防工業(yè)對集成電路的需求。并且，形成良性循環(huán)的科研、生產(chǎn)體系，把我國微電子產(chǎn)業(yè)推進到一個嶄新的階段。

　　實際上，集成系統(tǒng)級芯片（SOC），主要有三個關鍵的支持技術：

　?。?）軟、硬件的協(xié)同設計技術：面向不同系統(tǒng)的軟件和硬件的功能劃分理論，硬件和軟件更加緊密結合不僅是SOC的重要特點，也是21世紀IT業(yè)發(fā)展的一大的趨勢；

　　（2）IP模塊庫技術：IP模塊有三種，即軟核（主要是功能描述）、固核（主要為結構設計）和硬核（基于工藝的物理設計，與工藝相關，并經(jīng)過工藝和實際應用考驗過的）。其中以硬核使用價值最高。CMOS的CPU、DRAM、SRAM、E2PROM和FlashMemory以及A/D、D/A等都可以成為硬核，其中尤以基于超深亞微米的器件模型和電路模擬基礎上在速度與功耗上經(jīng)過優(yōu)化并有最大工藝容差的模塊最有價值；

　　（3）模塊界面間的綜合分析技術：這主要包括IP模塊間的膠聯(lián)邏輯技術和IP模塊綜合分析及其實現(xiàn)技術等。

　　通過以上三個支持技術的創(chuàng)新，必將導致又一次以系統(tǒng)級芯片為特色的信息技術上的革命。目前SOC技術已經(jīng)嶄露頭角，21世紀將是SOC技術真正快速發(fā)展的時期。