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文檔簡介
1、1940s - 起步階段 - 原創(chuàng)性的發(fā)明使得集成電路技術成為可能,1940 - PN結(junction)雖 然早在1833年法拉第就已經(jīng)發(fā)現(xiàn)化合物半導體的特性,1873年W.Smith使用硒制造出工業(yè)整理器和早期的光電器件,1874年德國物理學教授 Feidinand Braun觀察到金屬絲-硫化鉛的整流特性并在其后用作檢測二極管。但是直到20世紀40年代,貝爾實驗室(Bell Labs)的Russel Ohl才開發(fā)了第一個對集成
2、電路來講具有嚴格意義上的PN結(junction):當該PN結暴露在光源下的時候,PN結兩端產(chǎn)生0.5V 的電壓。順便提一句,那個時代Bell實驗室在材料研究上具有很強大的力量,正是這個領導力量開創(chuàng)了半導體技術的紀元。,1945 - 三極管(Transistor)發(fā)明,1945年,Bell Labs建立了一個研究小組探索半導體替代真空管。該小組由William Shockley領導,成員包括John Bardeen、Walter Bra
3、ttain等人。1947年Bardeen和Brattain成功使用一個電接觸型的“可變電阻”-即今天被稱為三極管“Transistor”的 器件得到放大倍數(shù)為100的放大電路,稍候還演示了振蕩器。1948年,Bardeen和Brattain提交了一份專利申請并在1950年被授予 Bell Labs - 這就是美國專利US2,524,035, "Three Electrode Circuit Element Utilizing
4、Semiconductive Materials".,1950s 集成電路雛形 - 集成電路出現(xiàn),1951 - 發(fā)明結型三極管(Junction Transistor)1951 年,William Shockley推出了結型晶體管技術,這是一個實用的晶體管技術,從此難以加工的點接觸型晶體管讓位于結型晶體管,在20世紀50年代中期,點接觸型晶 體管基本被替代。1954年晶體管已經(jīng)成為電話系統(tǒng)的必備元件,Bell實驗室在生產(chǎn)晶
5、體管的同時也向其他公司發(fā)放生產(chǎn)許可并從中提成 (royalty),在這個時候,晶體管開始進入無線電和助聽器領域。1956年,由于晶體管發(fā)明的重要性,Bardeen、Brattain和 Shockley被授予諾貝爾獎(Nobel Prize)。 1952 - 單晶硅(Single crystal silicon)制造技技術,1952 - 集成電路(Integrated Circuit - IC)的概念提出1952 年5月7日,英國的雷
6、達科學家 Geoffrey W.A. Dummer在華盛頓特區(qū)提出了集成電路的概念,即文章"Solid block [with] layers of insulating materials". 1956年的嘗試以失敗結束,但是作為提出IC概念的先驅(qū),Dummer是IC史冊不可缺的一頁。,1954 - 第一個商業(yè)化的晶體管1954 年5月10日,德州儀器(TI)發(fā)布了第一款商用的晶體管 -Grown-Juncti
7、on Silicon Transistors。晶體管通過在硅晶體表面切割一個矩形區(qū)域獲得,硅晶體通過含雜質(zhì)的熔化爐生長得到。硅晶體管和鍺晶體管相比,具有廉價和高溫特性 好的優(yōu)點。,1954 - 氧化、掩膜工藝(Oxide masking)Bell實驗室開發(fā)出氧化(oxidation)、光掩膜(photomasking)、刻蝕(etching)和擴散(diffusion)工藝,這些工藝在今天的IC制造中仍在使用。 1954 - 第一個
8、晶體管收音機問世工 業(yè)開發(fā)工程師協(xié)會(Industrial Development Engineer Associates)設計并生產(chǎn)了世界第一個晶體管收音機 - Regency TR-1,它使用4個德州儀器(Texas Instruments)制造的鍺(Germanium)晶體管。 1955 - 第一個場效應晶體管問世又是Bell實驗室的杰作。,1958 - 集成電路被發(fā)明1958 年7月24日,德州儀器(Texas Inst
9、ruments)的雇員Jack Kilby,在筆記本中寫道:如果電路元件,比如電阻,電容可以使用同種材料制造,則有可能將整個電路加工在單個片子上“single chip“。當時的真空條件很差的情況下,Kilby于當年的9月12日制造了具有5個集成元件的簡單振蕩電路,1959年Kilby提交了專利申請 US3,138,743:"Miniaturized electronic circuits"并獲得授權。2000年Ki
10、lby和其他兩位物理學家一起分享了諾貝爾物理獎。,1959 - 平面技術(Planar technology)問世Kilby的發(fā)明存在嚴重的缺陷:電路的元件依賴于金絲連接,這種連線上的困難阻礙了該技術用于大規(guī)模電路的可能。直到1958年后期仙童(Fairchild)公司瑞士出生的物理學家Jean Hoerni開 發(fā)出一種在硅上制造PN結的結構,并在結上覆蓋了一層薄的硅氧化層作絕緣層,在硅二極管上蝕刻小孔用于連接PN結。Sprague
11、 Electric捷克出生的物理學家Kurt Lehovec開發(fā)出使用PN結隔離元件的技術,這個問題才得以解決:1959年,也是仙童公司雇員的Robert Noyce產(chǎn)生了組合Hoerni's and Lehovec's工藝并通過在電路上方蒸鍍薄金屬層連接電路元件來制造集成電路的想法。平面工藝開始了復雜集成電路時代并沿用到今天。,1960s - 改進的產(chǎn)品和技術 - MOS, CMOS 和 BiCMOS, Moore
12、39;s 定律,1960 - 外延沉積/注入(Epitaxial deposition)技術 Bell實驗室開發(fā)出外延沉積/注入(Epitaxial Deposition)技術,即將材料的單晶層沉積/注入到晶體襯底(crystalline substrate)上。外延沉積/注入技術廣泛用于雙極型(bipolar)和亞微米(sub-micron)CMOS產(chǎn)品的加工工藝。 1960 - 第一個MOSFET問
13、世Bell實驗室的Kahng制造了第一個MOSFET。 1960 - 0.525英寸硅圓片(Wafer)出現(xiàn),1961 - 第一顆商用的集成電路(IC)問世仙童(Fairchild)和德州儀器(Texas Instruments)共同推出了第一顆商用集成電路。1962 - 發(fā)明TTL邏輯(Transistor-Transistor Logic)1962 - 半導體工業(yè)銷售額超過10億美金($1-billion),1963
14、- 第一片MOS集成電路RCA制造出第一片PMOS集成電路 1963 - 發(fā)明互補型金屬氧化物半導體(CMOS)仙 童公司的Frank Wanlass提出并發(fā)表了互補型MOS(complementary-MOS - CMOS)集成電路的概念。 Wanlass最初意識到由PMOS和NMOS晶體管構成的電路僅需要很小的工作電流,開始他試圖給出一個單芯片的解決方案,但最終不得不以分立元件來驗 證這個想法。當時還沒有增強型(Enhancem
15、ent)的NMOS管,Wanlass不得不使用耗盡型(depletion)的器件,通過將器件偏置到 關斷狀態(tài)來實現(xiàn)電路。CMOS的靜態(tài)電流要比等效的雙極型(Bipolar)和PMOS型的邏輯門低6個數(shù)量級,這個結果簡直是瘋狂的。1963年6月 18日,Wanlass提出專利申請,1967年12月5日獲得授權,專利號:US3,356,858,"Low Stand-By Power Complementary Field Effe
16、ct Circuitry"。今天CMOS是應用最廣泛的、高密度集成電路的基礎。 1964 - 第一個商用的接觸打印機(contact printer)# 接觸打印技術是20世紀70年代大量使用的在集成電路WAFER表明加工圖形(patterns)的技術。,1964 - 1英寸硅圓片(wafer)出現(xiàn)1965 - 摩爾定律(Moore's law) 1965年,Gordon Moore,仙童半導體公司
17、的研發(fā)主管,撰寫了一篇題為"Cramming more components onto integrated circuits"的文章。文中,Moore觀察到"The complexity for minimum component cost has increased at a rate of roughly a factor of two per year"(這句話不譯,實在是因為中文流傳的表
18、述太多了,無論寫哪一種譯法都難免讓知道這個定律一種表述的人產(chǎn)生不嚴肅的想法-以為我譯錯了,反正這句 英文也不難懂),這就是著名的摩爾定律:每年芯片的元件數(shù)量要翻一翻,后來這一表述又修正為每18個月芯片的元件數(shù)量翻一翻。值得一提的是,直到今天,摩 爾定律仍符合半導體行業(yè)發(fā)展的現(xiàn)狀-真是人有多大膽,地有多大產(chǎn)。,1965 - 100位的移位寄存器(100-bit shift register) 在這年,具有600個晶體管的1
19、00位移位寄存器-GME,160個晶體管的21位靜態(tài)寄存器-GI,150個晶體管的二進制-十進制(Binary-Digital)譯碼器-TI,誕生了。 1966 - 16位的雙極型存儲器(memory) IBM在為NASA開發(fā)的360/95系統(tǒng)上使用了一種16位的雙極型存儲器。 1966 - 第一塊雙極型的邏輯 摩托羅拉(Motorola)推出了第一塊具有3個輸入的發(fā)射極耦合邏輯(Emitter-Couple
20、d-Logic - ECL)的門集成電路。 1966 - 發(fā)明單晶體管動態(tài)存儲器(DRAM)單元 IBM的Robert Dennard博士參加了一個薄膜磁存儲技術的座談,薄膜磁存儲技術組使用了一塊小磁體和鄰近的一對信號線實現(xiàn)1個比特(二進制位)的存儲,幾個月后 Dennard博士提出一個二進制位可以存儲在電容上,一個場效應管(FET)可以用于控制充放電。單晶體管的DRAM單元出現(xiàn)了,所有現(xiàn)代的DRAMs 都是基于1個晶體管
21、實現(xiàn)的。,1966 - 1.5英寸的硅圓片開始使用1967 - 浮柵(Floating gate)技術出現(xiàn) Bell實驗室的Kahng和Sze在Bell的技術雜志上闡述了在存儲技術中使用浮柵其間的方法,今天浮柵技術是制造EEPROMs的通用技術。 1967 - NMOS技術 Wegener、Lincoln、Pao、O'Connell和Oleksiak發(fā)布了NMOS晶體管及其在存儲技術中的使用
22、,浮柵技術開始用于EEPROMs的制造。,1968 - 64位雙極型陣列(array)芯片 IBM在其360/85系統(tǒng)中使用了64位雙極型陣列作為高速緩存,該芯片具有64個存儲單元和664個器件。 1969 - 發(fā)明了BiCMOSLin、Ho、Iyer和Kwong在IEDM發(fā)表了"Complementary MOS-Bipolar Transistor Structure",揭示了BiCMOS
23、的概念。,1970s - 驅(qū)動市場的新產(chǎn)品和技術,1970 - 首個NMOS集成電路 IBM的Cogar等人完成首個金屬柵的NMOS集成電路流片(fabricate) 1970 - 首個商用的動態(tài)隨機存儲器(DRAM):容量1Kbits(位)# 大約1969年,霍尼韋爾的William Regitz在尋求一個半導體廠商合作開發(fā)由他及其合作者一種新型的動態(tài)存儲器(DRAM)單元(Cell)。Intel對這項技術表現(xiàn)出興趣
24、,并為之啟 動了一個開發(fā)計劃,最初的產(chǎn)品被稱為i1102。雖然開發(fā)出了可以工作的元件,但是1102的確存在問題?;赥ed Hoff已經(jīng)做的工作,當時主要是尋求3個晶體管(Transistor)的DRAM單元結構,也許是Ted Rowe提出了埋層接觸孔(buried contact)的想法,Leslie Vadasz和Joel Karp后來又提出了其他辦法的原理圖,整個設計由Bob Abbott來完成,最終的產(chǎn)品是i1103并在1970
25、年的10月份正式推向市場。該產(chǎn)品存在成品率問題,產(chǎn)品經(jīng)理John Reed不得不做了很多改進的版本直到成品率問題解決并具有良好的性能。i1103使用6層MASK,采用8μm硅柵PMOS工藝,具有2,400μm2 的存儲單元面積,Die的尺寸差不多是10mm2,售價$21. 1970 - IBM使用半導體存儲器替代磁存儲器IBM在其370的145型號上全部采用半導體存儲器。,1970 - 2.25英寸硅園片使用1971 - 發(fā)明紫外
26、擦除的電可編程存儲器(UVEPROM) Dov Frohman在1969年1Kbit DRAM發(fā)布不久之后加入Intel,發(fā)明了用于存儲程序的電可編程程序存儲器(EPROM),而且這種存儲器能夠保留數(shù)據(jù)直到使用一定強度的紫外線擦除 它的數(shù)據(jù)。Forhman是第一個UVEPROM發(fā)明者、設計者和加工制造者。,1971 - 微處理器(Microprocessor)發(fā)明 到1969年的時候,有關可編程處理器(M
27、icroprocessor)的概念已經(jīng)在工業(yè)界廣為流傳了,但是沒有人有能力制造這樣復雜的東西。Intel 卻好在那時候開發(fā)出一種硅柵工藝,這種工藝使得Intel比同期的半導體廠商具有支持更為復雜電路的制造能力。日本的計算器制造商Busicom要求 Intel生產(chǎn)一種臺式計算器的晶片組,晶片組共有12個芯片。雖然Intel那時的主要精力在存儲芯片上,但是他們還是認真地考慮了這個項目。 Intel的Ted Hoff設計12個芯片的晶片組太過
28、復雜,于是決定尋求一種可編程的解決方案。組合了Busicom需求和Intel工藝能力,Intel的管理層決定接 受Busicom的要求并簽下了$60,000的合同。Hoff設計了一套簡單的指令集,這些指令集可以使用相對較少的晶體管來實現(xiàn)(厲害)。大約6個月 的時間,這個項目處境窘迫,直到1970年Federico Faggin加入Intel并負責芯片的設計任務。在Faggin上班的第一天,他就和Busicom的代表Masatoshi S
29、hima產(chǎn)生對抗,Masatoshi Shima對過去的6個月項目毫無進展非常失望,經(jīng)過一番討價還價,Busicom同意繼續(xù)開展這個項目,經(jīng)過連續(xù)8個月、每天12-16個小時的努力 (這就是創(chuàng)業(yè)初期的樣子),第一個硅片終于出來了,但是-不工作。問題是一些簡單的加工錯誤。在 1971年,Intel 4004,第一款4位微處理器誕生了,4004是一個包含3個晶片的晶片組:具有2KBit的ROM芯片,320Bit的RAM芯片和一個4位的處理器
30、, 每個芯片都采用16管腳的DIP封裝。4004處理器一共使用了2,300個晶體管,適用PMOS硅柵工藝,10μm的最小線寬,108KHz時鐘輸入, 芯片(DIE)的面積為13.5mm2。但是Intel并不擁有4004的所有權,直到后來Busicom要求降低采購價格的時候,Intel 才乘機拿回對該技術的所有權。到1972年,F(xiàn)aggin和Shima(已經(jīng)加入Intel)一起開發(fā)了8008-8位微處理器以取代4004。1974 年,In
31、tel發(fā)布了第一款商業(yè)上極為成功的微處理器8080。,1972 - 發(fā)明數(shù)字信號處理器(DSP-Digital Signal Processor) Westinghouse的John Murtha等人申報了題為"Programmable Digital Signal Processor"的專利,專利不僅闡述了DSP還描述了saturation arithmetic,這是一個直到今天在DSP處理器中都普
32、遍存在、防止溢出的關鍵概念。1974年這個專利獲得授權,專利號:US 3,812,470。 1972 - 具有比例縮放特性MOS晶體管(MOSFET Scaling) 1970年,IBM在尋求一種技術以降低RAM的成本,從而使RAM的Bit成本降低到磁存儲的Bit成本以下。Dale Critchlow的項目組被要求將每Bit的成本降低到一毫分的水平。在IBM向Critchlow匯報小組由Bob Dennard管理,小組包括
33、Fritz Gaensslen和Larry Kuhn等人,開發(fā)單管的DRAM是很好的選擇,但是對Cell的尺寸要作很大的縮減(Shrink)才能達到經(jīng)濟性能要求。Critchlow和 Dennard決定將當時的5μm工藝縮減(Shrink)到1μm。Dennard和Gaensslen推導出定常電場的比例縮減定律及其極限。最著名 的結論是:如果MOSFET按比例縮減時電場保持常量,則幾乎其他所有的晶體管特性都有改善!項目組繼續(xù)開發(fā)1μm器
34、件的設計規(guī)則(Design Rules)并在1972年的IEDM上發(fā)表了一篇論文。這項工作在1974年的IEDM由Dennad等人繼續(xù)深化,這就是在半導體器件比例縮減方面最 經(jīng)典的文獻:"Design of Ion-Implanted MOSFET's with Very Small Physical Dimensions"。盡管當時沒有被普遍認同,比例縮減定律最終終結了雙極型(Bipolar)在集成電路領域
35、的統(tǒng)治地位,原因在于雙極型工藝不能像 MOSFET那樣按比例縮減。在20世紀的90年代初期,MOSFET技術成為高端、高速集成電路的主流工藝。,1972 - Intel 8008 8080微處理器是Intel的4位微處理器4004的后繼版本,被用于最初的家用計算機 Mark-8中。8008同樣使用10μm線寬的硅柵PMOS工藝(和IBM差得太多,這對一些片面追求最小線寬,認為這樣就算是達到集成電路技術高端的 人很有教育意
36、義),1層多晶(Polysilicon),1層金屬層,8008一共有3,500個晶體管,使用200KHz時鐘,芯片的DIE尺寸是 15.2mm2。,1973 - 商用的雙極型-CMOS(BiCMOS)技術 Polinsky、Schade和Keller向IEDM提交了一份名為"CMOS-Bipolar Monolithic Integrated Circuit Technology"的文獻。金屬柵的Bi
37、CMOS技術被用于加工運算放大器(operational amplifiers) 1973 - 發(fā)明照片放大器(Projection Printer) Perkin Elmer發(fā)明了照片放大器,現(xiàn)在稱為SVG平板印刷技術(Lithography),它在20世紀70年代中期和正光刻膠的使用給光刻 (photolithography)技術帶來了革命性變化:掩膜(MASK)的缺陷大大降低,相應的,集成電路的成品率有了很大的改善。
38、,1973 - 開始使用3英寸的硅片1974 - 首個具有1個晶體管的4Kbit的DRAM問世 使用硅柵NMOS工藝的單個晶體管Cell的4Kbit DRAM問世。在DRAM技術史上,單個Cell由3個晶體管轉(zhuǎn)向1個晶體管設計是第一次大的技術轉(zhuǎn)變。硅柵的NMOS工藝需要6層掩膜(MASK),使 用8μm線寬的工藝。產(chǎn)品的Cell面積為1,280μm2,芯片的DIE尺寸約15mm2,最初的售價大約為$18。 1974
39、- Intel 8080 8080被用于Altair計算機。8080是使用6μm線寬的硅柵NMOS制造,工藝包含1層多晶(polysilicon)和1層金屬。8080具有6,000個晶體管,時鐘頻率2MHz,芯片的DIE尺寸約20.0mm2。,1975 - 使用100mm的園硅片1976 - 16Kbit的DRAM出現(xiàn) 16Kbit的DRAM使用2層多晶(polysilicon)從而允許單個的存儲Cell
40、有更高的布線效率。使用2層多晶工藝是DRAM史上的第2次大 變革。2層多晶的NMOS工藝使用7層掩膜(MASK),最小線寬5μm,DRAM產(chǎn)品的Cell面積約500μm2,芯片的DIE尺寸約19mm2,初 期的售價約$33。,1978 - Intel 8086/8088 8088被IBM選中用于IBM PC,歷史上最大的半導體設計贏家產(chǎn)生了。8088/8086使用3μm的硅柵NMOS工藝,1層多晶(Polysicion)
41、,1層金屬,8088 /8086有29,000個晶體管,5-10MHz的時鐘頻率,28.6mm2的DIE尺寸。兩個處理器都使用16位的設計,唯一不同之處是8086使用 16位總線,而8088使用8位總線。 1978 - 步進和重復系統(tǒng)(Step and Repeat System)被發(fā)明 GCA推出這樣的系統(tǒng)用于圓硅片曝光,這種技術在20世紀80年代由于精度的改善給光刻技術帶來了革命,并允許最小線寬進一步縮減。 1978
42、- 集成電路工藝的年營業(yè)額超過100億$($10-billion)1979 - 64Kbit DRAM 出現(xiàn) 64Kbit的DRAM使用2層硅柵的NMOS工藝制造,工藝的其它特征:8-10層MASK,3μm最小線寬。DRAM的Cell面積縮減到180μm2,芯片DIE尺寸約31mm2,初期售價約$47。 1979 - 125mm的圓硅片出現(xiàn),1980s - 先進的技術和產(chǎn)品 - EEPROM 和 Flash,1980
43、 - 現(xiàn)代數(shù)字信號處理器(DSP)進入商用 “現(xiàn)代”的定義是指單個芯片的DSP,并且是具有可編程能力、并行加法器和并行存儲訪問能力的解決方案。第一款商用的的DSP由Lucent(不是茉莉山 莊的畫不圓的圈,那是1996年貝爾拆分成立的。記得當時去學校招聘,有一個短片講述Lucent這個如何有創(chuàng)意,看到這里大家想想不是那樣的了吧)和 NEC在1980年推出。早期推出的產(chǎn)品,比如:1978年推出的AMI S2811需要使用一
44、個微處理器來完成初始化(Initialization)和配置(Configuration),Intel的1979年推出的 2920缺少乘法器。,1980 - IBM選擇Intel的8088處理器用于個人計算機(PC)產(chǎn)品1981 - 150mm的圓硅片開始使用1982 - 256Kbit DRAM問世 最初,256Kbit的DRAM使用2層多晶的NMOS工藝制造,使用8-10層光掩膜板,最小線寬為2μm。芯片的存
45、儲單元(Cell)面積為 70μm2,芯片的DIE尺寸為45mm2,初期的售價約$51美元,很快就轉(zhuǎn)移到1.5μm的CMOS工藝上生產(chǎn)。大概在這個時候,經(jīng)濟學家們確認半導 體產(chǎn)業(yè)可以得到很好的發(fā)展,這些大牌的經(jīng)濟學家甚至不使用計算機,他們使用的使自己的專業(yè)領域的知識作出的判斷:以DRAM而言,1970年 的$21/1Kbit,到1982年的 $51/256Kbit,單個存儲Bit的售價降低為7.66/10^5。銷售價格的不斷降低,性能和
46、容量卻不斷提升,這個明顯的矛盾,然而發(fā)展方向如 此,一個普遍適應的經(jīng)濟規(guī)律是:人們一定會為這個東西找到合適的應用-大規(guī)模的應用。,1982 - Intel 80286問世 80286的問世是一個標志性的事件:它在提升處理器性能的同時保持軟件后向的兼容能力。80286使用硅柵CMOS工藝制造,工藝特征;最小線寬 1.5μm,1層多晶,2層金屬。80286具有134,000個晶體管,6-12MHz的時鐘頻率,68.7mm2的
47、DIE尺寸。 1983 - CMOS工藝的DRAM問世 Intel開發(fā)出1Mbit的CMOS DRAM,這是世界上第一款CMOS工藝的DRAM,有意思的是Intel很快退出了DRAM業(yè)務。,1983 - 電可改寫的程序存儲器(EEPROM)問世 16Kbit容量的EEPROMs使用浮柵NMOS工藝制造 1984 - 發(fā)明Flash存儲器 東芝(Toshiba)的Masuoka等人在IED
48、M發(fā)表了一種能夠快速(Flash就是說擦除向Flash那樣快的意思)塊(Block)擦除的電可 編程-非易失性存儲器。這種存儲器的Cell結構只需要一個晶體管而不是傳統(tǒng)的電可改寫程序存儲器(EEPROM)那樣每個Cell要兩個晶體管。 1985 - 商用的Flash存儲器問世 東芝(Toshiba)在1985年推出一款256Kbit容量的FLASH存儲器。,1985 - Intel 80386DX 8
49、0386是Intel的第一款32位處理器。使用硅柵的CMOS工藝制造,工藝最小線寬1.5μm,10層掩膜,1層多晶,2層金屬層,晶體管數(shù)量 275,000個,具有16-33MHz的主頻,芯片的DIE尺寸104mm2。 21世紀初,在造芯運動中,國內(nèi)很多學校、研究機構和公司在處理器方面也進行了“趕美”,但是在比對的時候很多方面進行了故意的忽略: * 使用的工藝:Intel 80386 1.5μm,國內(nèi)-至少0.35μm或以下;
50、0; * 掩膜層數(shù): Intel 10層,國內(nèi)-一般在26層以上; * 設計工具: Intel 不祥,國內(nèi)-使用百萬元量級的硬件描述語言(HDL)、仿真和綜合工具,依賴于Foundry提供的工藝庫和提供后端(backend)布局布線,甚至, 片上的電源等設計也依賴于Foundry提供。這些軟件廠商包括:Avanti(已被Synopsys收購)、Cadence和Synopsys,他們的 軟件性能
51、已經(jīng)在遠遠超出386能力的芯片上得到驗證。 * 環(huán)境: Intel 不祥,國內(nèi)-可以從ARM\MIPS等軟核供應商采購不同驗證級別的設計,即使自己設計,80386的指令體系也已經(jīng)公知,有大量的工程師熟知和適用。 * 加工: Intel 不祥,自有的制造體系,國內(nèi)-合資、新加坡、馬來西亞甚至日本成熟的半導體代工廠商(Foundry)在這里要說明一點,這個比較并不是在技術發(fā)展的今天
52、要求人們使用原始的方法去做設計,只是從一個側(cè)面表明這些成就并不像說的那樣值得自豪。有些報道甚至將之與國內(nèi)史上的“兩彈一星做比較”,國內(nèi)一些媒體也 不斷發(fā)出“國外大公司技術封鎖”的叫囂,其實遠不至如此:在半導體方面的封鎖遠不如軍事技術上利害,國家所處的國際環(huán)境也不是建國初期的那樣窘迫。這應了 一句老話:第一個說女人是花的是天才;第二個說女人是花的是庸才;第三個在這么說就是蠢才。,1985 - 200mm圓硅片開始使用1986 - ET
53、OX的Flash出現(xiàn) 256Kbit的容量,Intel的產(chǎn)品?,F(xiàn)在ETOX是Flash儲存期最普遍的風格。順便提一句,在相當長的一段時間內(nèi),當Intel在國內(nèi)以處理器的代名詞出現(xiàn)的時候,它實際上最大的利潤源是為通訊設備提供Flash存儲芯片,真是”包子有肉不在褶上“。 1986 - 1Mbit的DRAM 1Mbit容量DRAM的Cell是非平面類型的,當然也有一些產(chǎn)品是平面類型的。由平面型 Cell向
54、非平面的堆疊型Cell轉(zhuǎn)變是DRAM歷史上的第三次大變革,它使用的CMOS工藝需要18層左右掩膜(MASK),2-3層多晶,最小線寬在 1.2μm,存儲Cell的大小25μm2,芯片的DIE尺寸為70mm2,初期的售價為約$100(至此,單個Bit的售價已經(jīng)降低到5/10^6)。,1988 - 4Mbit容量的DRAM 4Mbit容量的DRAM的CMOS加工工藝特征:20-25層MASK,2-3層Polysilicon,
55、2層Metal,最小線寬0.8μm。所有的 4Mbit的DRAM都采用非平面的Cell結構,因此1Mbit的DRAM是隨后一種平面型的Cell。Cell的面積為12μm2,芯片的DIE尺寸 95mm2,初期的售價約$124,稍后采用更小的線寬工藝以降低DIE尺寸。1989 - Intel 80486DXTM 80486是Intel的第一款帶浮點處理功能的處理器(80386是以獨立的浮點協(xié)處理器80387的形式出現(xiàn)的,
56、當時實驗室的一個老師一下班就將他拿 下來帶走,然后我們眼睜睜看著Matlab不能運行,那個上火),而且為單時鐘脈沖-單指令處理結構。80486采用1.0μm線寬的硅柵CMOS工藝, 12層MASK,1層Polysilicon和3層Metal,具有1.2百萬個晶體管,25-50MHz時鐘頻率,芯片的DIE面積為163mm2。,1990s - 持續(xù)改進的技術 - 技術進一步深化,1991 - 16Mbit DRAM 使用CM
57、OS工藝制造的16Mbit DRAM問世,工藝特征:3到4層polysilicon,2層金屬,0.5μm最小線寬。產(chǎn)品的存儲Cell尺寸4.2μm2,DIE的尺寸約 130mm2,初期的售價$275,稍后使用更小的線寬以減小DIE的尺寸。順便提一句,很多CMOS工藝的創(chuàng)意都是在較大線寬的工藝線上完成設計,然后 使用CMOS的 Shrink特征,進行經(jīng)濟的量產(chǎn)。比如CMOS圖像傳感器,最初就是在斯坦福.8μm工藝上完成的,但量產(chǎn)基本上在0
58、.18μm一下的工藝上進行。這對 我們片面追求工藝的最小線寬又是一個很好的故事。 1993 - Intel Pentium(TM) 奔騰(Pentium)處理器是Intel第一個能在單時鐘內(nèi)執(zhí)行1條以上指令的處理器。Pentium使用硅柵BiCMOS工藝制造,最小線寬 0.8μm,共18層MASK:1個polysilicon,3個金屬層。Pentium 處理器有3百1十萬個晶體管,最高66MHz的時鐘頻率,芯片DIE
59、尺寸264mm2。注意Pentium是注冊商標(TM),這意味著其它微處理器制造 商不能像在X86時代那樣,由Intel完成產(chǎn)品的推廣,而其它廠商只需要跟進。其后的年代里,微處理器制造商進行了慘烈的淘汰,只剩下AMD和 Intel周旋。,1994 - 半導體工業(yè)年銷售額超過1,000億美元1994 - 64Mbit DRAM 64Mbit的DRAM使用0.35μm的CMOS工藝制造,工藝特征:3到5層polysili
60、con,2到3層金屬。存儲Cell單元的面積 1.5μm2,DIE的尺寸約170mm2,初期的產(chǎn)品售價約$575,和歷史上的大容量DRAM的發(fā)展歷程相同,64Mbit的DRAM很快使用更小線 寬的工藝進行Shrink。 1995 - Intel Pentium Pro處理器(TM)# Pentium Pro引入了一種dual cavity的封裝形式:Pentium Pro芯片和一個緩存(Cache)芯片封裝在一起,Cache的總線(B
61、us)速率和處理器的速率相同。Pentium Pro處理器使用0.35μm的硅柵BiCMOS工藝制造,需要20層MASK,包括:1層polysilicon,4層金屬,具有5百50萬個晶體管, 時鐘頻率150到200MHz,DIE面積310mm^2。,1996 - 使用300mm圓硅片1997 - Intel Pentium II(TM) Pentium II使用了不同于Socket的卡式(cartridge)式封裝。
62、Pentium II處理器使用0.35μm的硅柵CMOS工藝制造,需要16層MASK,包括:1層polysilicon,4層金屬,具有7百50萬個晶體管,時鐘頻 率233到300MHz,DIE面積209mm2。,1998 - 256Mbit DRAM 256Mbit的DRAM最初使用0.25μm的CMOS工藝制造,4到5層polysilicon,2到3層金屬。256Mbit的DRAM首次使用一 種被稱為High-K的介質(zhì)
63、材料,盡管很多產(chǎn)品不是使用High-K材料,但是High-K材料的使用是DRAM的第四次技術大變革,產(chǎn)品的DIE尺寸約 為204mm2,初期的售價在$575左右。 1999 - Intel Pentium III(TM)Pentium III處理器重新回到標準的PGA封裝形式,Cache被集成到處理器內(nèi)部,使用0.18μm的硅柵CMOS工藝制造,21層MASK,1層 polysilicon,6層金屬。處理器具有2千800萬個晶體
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