集成电路第一讲课程简介.ppt

第一讲第一讲 内容内容一、基本概念一、基本概念二、内容定位及与行业二、内容定位及与行业 /产业产业 /从业的关系从业的关系三、集成电路设计师的成长之路三、集成电路设计师的成长之路2021/8/61   一、基本概念一、基本概念1.IT业业2.集成电路、半导体、芯片、微电子学及关系集成电路、半导体、芯片、微电子学及关系3.硅含量硅含量4.摩尔定律摩尔定律5.3C概念概念6.IC产业链产业链7.垂直产业分工垂直产业分工2021/8/62　　              1、ＩＴ业、ＩＴ业            强电（电力）强电（电力）电电             弱电（电子）弱电（电子）                                                   传输传输                       电子电子  +  信息信息                                                                                           处理处理芯片芯片   通信通信神经神经 软件软件灵魂灵魂心脏心脏2021/8/63  2、相关名词术语及其之间的关系、相关名词术语及其之间的关系  微电子学微电子学 半导体半导体 芯片芯片 集成电路集成电路                                    半导体产品制造业半导体产品制造业 + + 分立器件分立器件半导体设备制造业半导体设备制造业 + + 光电子器件光电子器件半导体材料制造业半导体材料制造业 + + 传感器传感器（学科）（学科）（产业）（产业）（主要产品）（主要产品）   （产品形式）（产品形式）2021/8/64近年全球半导体近年全球半导体产品产品销售比例销售比例        201120122013分立器件分立器件(Discrete)7.1％％6.8％％6.9％％集成电路集成电路( IC)82.5％％81.7％％81.4％％光电器件光电器件(Optoelectronic)7.7 ％％8.7％％8.9%传感器传感器 (Sensors)2.7％％2.7％％2.7％％资料来源：世界半导体贸易统计组织（资料来源：世界半导体贸易统计组织（WSTS））2021/8/653、硅含量、硅含量电子产品中电子产品中所用半导体元器件的价值所用半导体元器件的价值 /电子产品总价值电子产品总价值2021/8/664、摩尔定律及其伟大意义、摩尔定律及其伟大意义 每过每过18个月个月, IC中晶体管的集成度增加一倍中晶体管的集成度增加一倍微米时代微米时代    3um->2um->1.2um->亚微米时代亚微米时代     0.8um->0.5um->深亚微米时代深亚微米时代    0.35um->0.25um->0.18um->0.13um-> 纳米时代纳米时代     90nm ->65nm->45nm->                              40nm-> 28nm-> 20nm ->14nm32nmL – 特征尺寸特征尺寸N+                          N+                PLG   SD2021/8/675、、3C概念概念IC市场按整机应用划分，可分为 ComputerComputer类、类、ConsumerConsumer类、类、CommunicationCommunication类类等不同类别。

这三类占了整个市场的78%集成电路市场产品构成集成电路市场产品构成2021/8/68    6、、IC产业链产业链整机系统提出应用需求整机系统提出应用需求      集成电路设计集成电路设计•计算机与网络、通信（有线、无线、光通信、卫星通信）•数字音视频（电视机、视盘机DVD、MP3播放器、音响……）•IC卡（身份认证）、电子标签、汽车电子、生物电子、工业自动化 …•EDA工具、服务器、PC机、   工艺库、设计师……     集成电路制造集成电路制造•厂房、动力、材料（硅片、化合物半导体材料）、专用设备、仪器（光刻机、刻蚀机、注入机…2021/8/69 集成电路封装集成电路封装集成电路测试集成电路测试•划片机、粘片机、键合机、包封机、切筋打弯机、芯片、塑封料、引线框架、金丝………•测试设备、测试程序、测试夹具、测试探针卡、测试、分选、包装……集成电路用户集成电路用户•电脑及网络、通信及终端（） 、电视机、DVD、数码相机、其他                          产业链的垂直分工和IDM？2021/8/610 IC IC 产业主要由设计业、制造业、封测业组成产业主要由设计业、制造业、封测业组成 （（参考写书、印书、装订书的概念参考写书、印书、装订书的概念））设计设计封装测试封装测试制造制造除此之外，还有半导体材料、工艺加工设备、除此之外，还有半导体材料、工艺加工设备、       设计软件工具等附加产业设计软件工具等附加产业7、垂直产业分工、垂直产业分工2021/8/611产业分工特点产业分工特点产业分类产业分类产业链产业链中位置中位置产业特点产业特点投资金额（美元）投资金额（美元）人均产值人均产值(万美元万美元)设设     计计上游上游智力密集型智力密集型开发一款开发一款IC产品产品在百万到千万在百万到千万70-100制造加工制造加工中游中游资金、技术密集型资金、技术密集型具有高风险、高投具有高风险、高投入、高利润特点入、高利润特点12英寸生产线需英寸生产线需20亿亿18英寸高达英寸高达100亿亿12-50封装测试封装测试下游下游劳动、设备密集型劳动、设备密集型从千万到数亿从千万到数亿10IDM整条整条302021/8/612集成电路企业的人力资源配置集成电路企业的人力资源配置资料来源：拓撲产业研究所料来源：拓撲产业研究所 设计设计芯片制造芯片制造封装测试封装测试企业企业联发科联发科台积电台积电日月光日月光总人数（人）总人数（人）1817181723020230201403214032博士博士5.56%5.56%2.90%2.90%0.20%0.20%硕士硕士85.24%85.24%29.70%29.70%4.30%4.30%本科大学本科大学　　19.90%19.90%53.70%53.70%大专大专9.09%9.09%18.90%18.90%　　高中及以下高中及以下0.11%0.11%28.60%28.60%41.80%41.80%2021/8/6132021/8/614高薪原因分析高薪原因分析•入行门槛高入行门槛高–必须掌握电子学科的一般知识必须掌握电子学科的一般知识–必须掌握众多的必须掌握众多的IC设计工具（很难自学）设计工具（很难自学）–必须有先进工艺的流片经验（普通高校无法提必须有先进工艺的流片经验（普通高校无法提供此类机会）供此类机会）•人才稀少，缺口巨大，供不应求人才稀少，缺口巨大，供不应求•国家重视，投入巨大。

国家重视，投入巨大•研究生毕业去向研究生毕业去向2021/8/615国家示范性微电子学院（国家示范性微电子学院（2015）：）：有条件的高校与大公司联手培养有条件的高校与大公司联手培养IC设计人才设计人才•信电系–信息科学与通信专业–电子科学与技术专业Ø电路所Ø电子所Ø微电子与光电子所 •信电学院–信息科学与通信系–电子科学与技术系Ø电路所Ø电子所•微电子学院–微纳电子所–超大规模集成电路设计所2021/8/616第一讲第一讲 内容内容一、一、基本概念基本概念二、内容定位及与行业二、内容定位及与行业 /产业产业 /就业的关系就业的关系三、三、集成电路设计师的成长之路集成电路设计师的成长之路2021/8/617计算机计算机通信通信家电家电航天航天国防国防交通交通医疗医疗安全安全IC         芯片是电子信息产业的核心和基础芯片是电子信息产业的核心和基础智慧城市和智慧地球机器换人 近场通信支付电子商务与电子政务信息安全互联网与物联网云计算与大数据智能电视智能终端2021/8/618USBUSB闪存闪存闪存闪存汽车电子汽车电子汽车电子汽车电子音响设备音响设备音响设备音响设备DVD DVD 播放器播放器播放器播放器移动终端移动终端移动终端移动终端游戏机游戏机游戏机游戏机视频视频视频视频流媒体流媒体流媒体流媒体高清影像高清影像高清影像高清影像各种产品形式无处不在各种产品形式无处不在2021/8/619应用处理器芯片应用处理器芯片基带处理芯片基带处理芯片射频芯片射频芯片内存芯片内存芯片音频芯片音频芯片传感器芯片传感器芯片电源管理芯片等电源管理芯片等  移动终端移动终端人均 >100颗芯片2021/8/620 2017年全球半导体产业排行Top10美国美国5欧洲欧洲1日本日本1韩国韩国2新加坡新加坡12021/8/621中国IC设计企业2017年Top10国国内内排排名名2021/8/6222016年中国半导体制造Top 102021/8/6232017全球半导体封装TOP102021/8/624中国半导体产业主要集聚地区中国半导体产业主要集聚地区2021/8/625从十五开始我国高度重视发展微电子产业从十五开始我国高度重视发展微电子产业 我国半导体产业从“十五”开始起步，进入飞速发展期。

五年吸引投资累计160亿美元，是过去30年总投资的4倍多2021/8/626十一五出台十一五出台2005-2020年国家科技重大专项年国家科技重大专项 ——核心电子器件、高端通用芯片及基础软件产品（集成电路领域）核心电子器件、高端通用芯片及基础软件产品（集成电路领域）——极大规模集成电路制造装备及成套工艺（集成电路领域）极大规模集成电路制造装备及成套工艺（集成电路领域）——新一代宽带无线移动通信网新一代宽带无线移动通信网 ——高档数控机床与基础制造装备高档数控机床与基础制造装备 ——大型油气田及煤层气开发大型油气田及煤层气开发 ——大型先进压水堆及高温气冷堆核电站大型先进压水堆及高温气冷堆核电站 ——水体污染的控制与治理水体污染的控制与治理 ——转基因生物新品种培育转基因生物新品种培育 ——重大新药创制重大新药创制 ——艾滋病和病毒性肝炎等重大传染病防治艾滋病和病毒性肝炎等重大传染病防治 ——大型飞机大型飞机 ——高分辨率对地观测系统高分辨率对地观测系统 ——载人航天与探月工程载人航天与探月工程 2021/8/627“十二五十二五”信息产业六项重大工程信息产业六项重大工程 n 集成电路升级工程集成电路升级工程n 平板显示和彩电工业转型工程平板显示和彩电工业转型工程n TD-SCDMATD-SCDMA第三代移动通信产业新跨越工程第三代移动通信产业新跨越工程n 数字影视推广工程数字影视推广工程n 计算机提升和下一代互联网应用工程计算机提升和下一代互联网应用工程n 软件及信息服务培育工程软件及信息服务培育工程2021/8/628“十三五十三五”一年内大陆半导体厂投资一年内大陆半导体厂投资情况情况厂商厂商地区地区 投资额（亿美元）投资额（亿美元） 产线或产品产线或产品台积电台积电南京南京19512吋厂联电联电厦门厦门6212吋厂力晶力晶合肥合肥135LCD驱动IC武汉新芯武汉新芯武汉武汉2403D NAND清华紫光清华紫光深圳深圳NADRAM—NAND FLASHDkema淮安淮安20影像感测器AOS重庆重庆7晶圆制造封测2021/8/629第一讲第一讲 内容内容一、基本概念一、基本概念二、内容定位及与行业二、内容定位及与行业 /产业产业 /就业的关系就业的关系三、集成电路设计师的成长之路三、集成电路设计师的成长之路2021/8/630微电子学科基础微电子学科基础•物理物理—大学物理、热物理与统计力学、      量子力学、 固体物理、 半导体物理、      （深亚微米）器件物理等•器件器件/电路原理电路原理—电子线路原理、晶体管原理、      模拟IC设计原理、数字IC设计原理、      ASIC设计原理、半导体工艺原理等•实验实验—电子线路实验、专业基础实验、      半导体工艺实验、版图绘制实验、      专题实验、毕业设计、IC课程设计2021/8/631微电子学科毕业生微电子学科毕业生重点专业课程重点专业课程（（23.523.5学分）学分）       1、固体物理与半导体物理（、固体物理与半导体物理（2+3））    2、微电子学（微电子器件）（、微电子学（微电子器件）（3））    3、专用集成电路设计技术基础（、专用集成电路设计技术基础（2））    4、数字集成电路设计（、数字集成电路设计（3））    5、模拟集成电路设计（、模拟集成电路设计（3））    6、微电子工艺技术（、微电子工艺技术（2.5））    7、微电子工艺实习（含版图）及参观实习、微电子工艺实习（含版图）及参观实习(2+1)    8、集成电路设计专题研究（、集成电路设计专题研究（2）） 2021/8/632芯片技术学习周期芯片技术学习周期•Idea—设计设计——样品样品——产品产品•在校本科生（学设计，仿真通过）在校本科生（学设计，仿真通过）•在校研究生在校研究生 （出样品，测试通过）（出样品，测试通过）•社招的工程师社招的工程师 ？？ （做产品，良（做产品，良率通过）率通过）2021/8/62021/8/63333在校本科生在校本科生•Idea 设计设计•仿真通过仿真通过——功能正确功能正确模拟模拟ICIC设计工具设计工具Sch. composerSch. composerSpiceSpiceVirtuosoVirtuoso数字数字IC设计工具设计工具ModelsimDesign CompilerAstro模拟模拟ICIC设计原理设计原理数字数字IC设计原理设计原理2021/8/62021/8/63434在校研究生在校研究生•Idea 设计设计 样品样品 •测试通过测试通过——参数达标参数达标 2021/8/62021/8/63535社招的工程师？社招的工程师？•Idea 设计设计 样品样品 产品产品•良率通过良率通过——稳定性好稳定性好2021/8/62021/8/63636产品与样品的区别和考量重点•样品：样品：–理论为主、功能为主、性能为主、水平为主、发表为主理论为主、功能为主、性能为主、水平为主、发表为主–理论已经成熟、电路已经成熟，努力跟踪国际水平。

理论已经成熟、电路已经成熟，努力跟踪国际水平•产品：产品：–工艺为主、良率为主、可靠性为主、成本为主、市场为主工艺为主、良率为主、可靠性为主、成本为主、市场为主–低端产品已成熟、高端产品国产化任重道远（核高基）低端产品已成熟、高端产品国产化任重道远（核高基）•从样品设计到产品设计增加的考量（研究的路）：从样品设计到产品设计增加的考量（研究的路）：–可靠性（如可靠性（如ESDESD防护能力、工作寿命等）防护能力、工作寿命等）–工艺涨落对产品性能指标的影响工艺涨落对产品性能指标的影响–工艺涨落对产品一致性的影响工艺涨落对产品一致性的影响2021/8/62021/8/63737谢谢  谢谢浙大微电子与光电子研究所电邮: hany@浙大微电子所网址:   黄金十年世界和中国黄金十年世界和中国IC设计业的发展状况设计业的发展状况0102030405060708091011   年均年均       增长率增长率全球销售额（亿美元）189208240332404494530542549625649设计业设计业12.8%半导体半导体业业5.1%增长率(%)6.010.125.027.720.623.67.12.41.313.63.8占半导体产业比重12.313.414.715.617.620.019.821.824.321.021.7半导体产业增长率(%)-321.818.328.06.88.93.8-2.8-9.031.80.4中国大陆销售额(亿元人民币)12.325.057.681.5154234267340379549636设计业设计业52.3%半导体半导体业业24.2%增长率(%)36.810313041.584.056.014.134.85.544.625.1占IC产业比重6.69.215.814.920.622.220.726.231.233.834.2占全球IC设计业比重%11.82.33.14.35.05.89.010.213.416.8IC产业增长率（%）1.046.334.049.833.544.822.66.1-1133.316.82021/8/639排名排名美国（亿美元）美国（亿美元）台湾（亿新台币）台湾（亿新台币） 中国大陆（亿人民币）中国大陆（亿人民币）企业销售额企业销售额企业销售额1Qualcomm72联发科1134深圳海思442Broadcom66联咏362展讯通信（上海）253AMD65晨星337杭州士兰微电子184Marvell36群联317华大集成电路设计155Nvidia36瑞昱222锐迪科微电子（上海）126Xilinx23奇景203深圳国微科技117Altera20立錡116连顺集团公司118LSI  Corp.16创意103深圳中兴微电子119PMC-Sierra6雷凌74格科微电子（上海）8.510Silicon Labs5瑞朵70上海联芯科技8.1企业平企业平均产出均产出率率225亿元人民币亿元人民币60亿元人民币亿元人民币14亿元人民币亿元人民币我国我国IC产业存在的主要问题（一）产业存在的主要问题（一）n国际竞争力有待加强国际竞争力有待加强2021/8/640 我国我国IC产业存在的主要问题（二）产业存在的主要问题（二）n 供需矛盾突出供需矛盾突出————国内集成电路产品仅占国内市场需求的国内集成电路产品仅占国内市场需求的20%20%左右左右————大量进口产品，集成电路已成为国内最大单宗进口商品大量进口产品，集成电路已成为国内最大单宗进口商品我国集成电路产业与市场规模对比我国集成电路产业与市场规模对比2021/8/641个人观点供参考，欢迎讨论个人观点供参考，欢迎讨论。