信號(hào)完整性分析課件ic發(fā)展簡史

1、1940s - 起步階段 - 原創(chuàng)性的發(fā)明使得集成電路技術(shù)成為可能,1940 - PN結(jié)（junction）雖 然早在1833年法拉第就已經(jīng)發(fā)現(xiàn)化合物半導(dǎo)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(xué)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(cè)二極管。但是直到20世紀(jì)40年代，貝爾實(shí)驗(yàn)室（Bell Labs）的Russel Ohl才開發(fā)了第一個(gè)對(duì)集成

2、電路來講具有嚴(yán)格意義上的PN結(jié)（junction）：當(dāng)該P(yáng)N結(jié)暴露在光源下的時(shí)候，PN結(jié)兩端產(chǎn)生0.5V 的電壓。順便提一句，那個(gè)時(shí)代Bell實(shí)驗(yàn)室在材料研究上具有很強(qiáng)大的力量，正是這個(gè)領(lǐng)導(dǎo)力量開創(chuàng)了半導(dǎo)體技術(shù)的紀(jì)元。,1945 - 三極管（Transistor）發(fā)明,1945年，Bell Labs建立了一個(gè)研究小組探索半導(dǎo)體替代真空管。該小組由William Shockley領(lǐng)導(dǎo)，成員包括John Bardeen、Walter Bra

3、ttain等人。1947年Bardeen和Brattain成功使用一個(gè)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(qǐng)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(jié)型三極管（Junction Transistor）1951 年，William Shockley推出了結(jié)型晶體管技術(shù)，這是一個(gè)實(shí)用的晶體管技術(shù)，從此難以加工的點(diǎn)接觸型晶體管讓位于結(jié)型晶體管，在20世紀(jì)50年代中期，點(diǎn)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(shí)驗(yàn)室在生產(chǎn)晶

5、體管的同時(shí)也向其他公司發(fā)放生產(chǎn)許可并從中提成 （royalty），在這個(gè)時(shí)候，晶體管開始進(jìn)入無線電和助聽器領(lǐng)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(jiǎng)（Nobel Prize）。 1952 - 單晶硅（Single crystal silicon）制造技技術(shù),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(dá)科學(xué)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(jié)束，但是作為提出IC概念的先驅(qū)，Dummer是IC史冊(cè)不可缺的一頁。,1954 - 第一個(gè)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(gè)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(jià)和高溫特性 好的優(yōu)點(diǎn)。,1954 - 氧化、掩膜工藝（Oxide masking）Bell實(shí)驗(yàn)室開發(fā)出氧化（oxidation）、光掩膜（photomasking）、刻蝕（etching）和擴(kuò)散(diffusion）工藝，這些工藝在今天的IC制造中仍在使用。 1954 - 第一個(gè)

8、晶體管收音機(jī)問世工 業(yè)開發(fā)工程師協(xié)會(huì)（Industrial Development Engineer Associates）設(shè)計(jì)并生產(chǎn)了世界第一個(gè)晶體管收音機(jī) - Regency TR-1，它使用4個(gè)德州儀器（Texas Instruments）制造的鍺（Germanium）晶體管。 1955 - 第一個(gè)場效應(yīng)晶體管問世又是Bell實(shí)驗(yàn)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(gè)電路加工在單個(gè)片子上“single chip“。當(dāng)時(shí)的真空條件很差的情況下，Kilby于當(dāng)年的9月12日制造了具有5個(gè)集成元件的簡單振蕩電路，1959年Kilby提交了專利申請(qǐng) US3,138,743："Miniaturized electronic circuits"并獲得授權(quán)。2000年Ki

10、lby和其他兩位物理學(xué)家一起分享了諾貝爾物理獎(jiǎng)。,1959 - 平面技術(shù)（Planar technology）問世Kilby的發(fā)明存在嚴(yán)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(shù)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(xué)家Jean Hoerni開 發(fā)出一種在硅上制造PN結(jié)的結(jié)構(gòu)，并在結(jié)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(jié)。Sprague

11、 Electric捷克出生的物理學(xué)家Kurt Lehovec開發(fā)出使用PN結(jié)隔離元件的技術(shù)，這個(gè)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(fù)雜集成電路時(shí)代并沿用到今天。,1960s - 改進(jìn)的產(chǎn)品和技術(shù) - MOS, CMOS 和 BiCMOS, Moore&#

12、39;s 定律,1960 - 外延沉積/注入（Epitaxial deposition）技術(shù)    Bell實(shí)驗(yàn)室開發(fā)出外延沉積/注入（Epitaxial Deposition）技術(shù)，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(shù)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(gè)MOSFET問

13、世Bell實(shí)驗(yàn)室的Kahng制造了第一個(gè)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(dǎo)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(bǔ)型金屬氧化物半導(dǎo)體（CMOS）仙 童公司的Frank Wanlass提出并發(fā)表了互補(bǔ)型MOS（complementary-MOS - CMOS）集成電路的概念。 Wanlass最初意識(shí)到由PMOS和NMOS晶體管構(gòu)成的電路僅需要很小的工作電流，開始他試圖給出一個(gè)單芯片的解決方案，但最終不得不以分立元件來驗(yàn) 證這個(gè)想法。當(dāng)時(shí)還沒有增強(qiáng)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(guān)斷狀態(tài)來實(shí)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(gè)數(shù)量級(jí)，這個(gè)結(jié)果簡直是瘋狂的。1963年6月 18日，Wanlass提出專利申請(qǐng)，1967年12月5日獲得授權(quán)，專利號(hào)：US3,356,858，"Low Stand-By Power Complementary Field Effe

16、ct Circuitry"。今天CMOS是應(yīng)用最廣泛的、高密度集成電路的基礎(chǔ)。 1964 - 第一個(gè)商用的接觸打印機(jī)（contact printer）# 接觸打印技術(shù)是20世紀(jì)70年代大量使用的在集成電路WAFER表明加工圖形（patterns）的技術(shù)。,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(dǎo)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(shí)在是因?yàn)橹形牧鱾鞯谋?/p>

18、述太多了，無論寫哪一種譯法都難免讓知道這個(gè)定律一種表述的人產(chǎn)生不嚴(yán)肅的想法-以為我譯錯(cuò)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(gè)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(dǎo)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(gè)晶體管的1

19、00位移位寄存器-GME，160個(gè)晶體管的21位靜態(tài)寄存器-GI，150個(gè)晶體管的二進(jìn)制-十進(jìn)制（Binary-Digital）譯碼器-TI，誕生了。 1966 - 16位的雙極型存儲(chǔ)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(chǔ)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(gè)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(dòng)態(tài)存儲(chǔ)器（DRAM）單元  IBM的Robert Dennard博士參加了一個(gè)薄膜磁存儲(chǔ)技術(shù)的座談，薄膜磁存儲(chǔ)技術(shù)組使用了一塊小磁體和鄰近的一對(duì)信號(hào)線實(shí)現(xiàn)1個(gè)比特（二進(jìn)制位）的存儲(chǔ)，幾個(gè)月后 Dennard博士提出一個(gè)二進(jìn)制位可以存儲(chǔ)在電容上，一個(gè)場效應(yīng)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(gè)晶體管

21、實(shí)現(xiàn)的。,1966 - 1.5英寸的硅圓片開始使用1967 - 浮柵（Floating gate）技術(shù)出現(xiàn)  Bell實(shí)驗(yàn)室的Kahng和Sze在Bell的技術(shù)雜志上闡述了在存儲(chǔ)技術(shù)中使用浮柵其間的方法，今天浮柵技術(shù)是制造EEPROMs的通用技術(shù)。 1967 - NMOS技術(shù)  Wegener、Lincoln、Pao、O'Connell和Oleksiak發(fā)布了NMOS晶體管及其在存儲(chǔ)技術(shù)中的使用

22、，浮柵技術(shù)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(gè)存儲(chǔ)單元和664個(gè)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(dòng)市場的新產(chǎn)品和技術(shù),1970 - 首個(gè)NMOS集成電路  IBM的Cogar等人完成首個(gè)金屬柵的NMOS集成電路流片（fabricate） 1970 - 首個(gè)商用的動(dòng)態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器（DRAM）：容量1Kbits（位）# 大約1969年，霍尼韋爾的William Regitz在尋求一個(gè)半導(dǎo)體廠商合作開發(fā)由他及其合作者一種新型的動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)器（DRAM）單元（Cell）。Intel對(duì)這項(xiàng)技術(shù)表現(xiàn)出興趣

24、，并為之啟 動(dòng)了一個(gè)開發(fā)計(jì)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。基于Ted Hoff已經(jīng)做的工作，當(dāng)時(shí)主要是尋求3個(gè)晶體管（Transistor）的DRAM單元結(jié)構(gòu)，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(gè)設(shè)計(jì)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(jìn)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(chǔ)單元面積，Die的尺寸差不多是10mm2，售價(jià)$21. 1970 - IBM使用半導(dǎo)體存儲(chǔ)器替代磁存儲(chǔ)器IBM在其370的145型號(hào)上全部采用半導(dǎo)體存儲(chǔ)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(chǔ)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(chǔ)程序的電可編程程序存儲(chǔ)器（EPROM），而且這種存儲(chǔ)器能夠保留數(shù)據(jù)直到使用一定強(qiáng)度的紫外線擦除 它的數(shù)據(jù)。Forhman是第一個(gè)UVEPROM發(fā)明者、設(shè)計(jì)者和加工制造者。,1971 - 微處理器（Microprocessor）發(fā)明  到1969年的時(shí)候，有關(guān)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(fù)雜的東西。Intel 卻好在那時(shí)候開發(fā)出一種硅柵工藝，這種工藝使得Intel比同期的半導(dǎo)體廠商具有支持更為復(fù)雜電路的制造能力。日本的計(jì)算器制造商Busicom要求 Intel生產(chǎn)一種臺(tái)式計(jì)算器的晶片組，晶片組共有12個(gè)芯片。雖然Intel那時(shí)的主要精力在存儲(chǔ)芯片上，但是他們還是認(rèn)真地考慮了這個(gè)項(xiàng)目。 Intel的Ted Hoff設(shè)計(jì)12個(gè)芯片的晶片組太過

28、復(fù)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(shè)計(jì)了一套簡單的指令集，這些指令集可以使用相對(duì)較少的晶體管來實(shí)現(xiàn)（厲害）。大約6個(gè)月 的時(shí)間，這個(gè)項(xiàng)目處境窘迫，直到1970年Federico Faggin加入Intel并負(fù)責(zé)芯片的設(shè)計(jì)任務(wù)。在Faggin上班的第一天，他就和Busicom的代表Masatoshi S

29、hima產(chǎn)生對(duì)抗，Masatoshi Shima對(duì)過去的6個(gè)月項(xiàng)目毫無進(jìn)展非常失望，經(jīng)過一番討價(jià)還價(jià)，Busicom同意繼續(xù)開展這個(gè)項(xiàng)目，經(jīng)過連續(xù)8個(gè)月、每天12-16個(gè)小時(shí)的努力 （這就是創(chuàng)業(yè)初期的樣子），第一個(gè)硅片終于出來了，但是-不工作。問題是一些簡單的加工錯(cuò)誤。在 1971年，Intel 4004，第一款4位微處理器誕生了，4004是一個(gè)包含3個(gè)晶片的晶片組：具有2KBit的ROM芯片，320Bit的RAM芯片和一個(gè)4位的處理器

30、， 每個(gè)芯片都采用16管腳的DIP封裝。4004處理器一共使用了2,300個(gè)晶體管，適用PMOS硅柵工藝，10μm的最小線寬，108KHz時(shí)鐘輸入， 芯片（DIE）的面積為13.5mm2。但是Intel并不擁有4004的所有權(quán)，直到后來Busicom要求降低采購價(jià)格的時(shí)候，Intel 才乘機(jī)拿回對(duì)該技術(shù)的所有權(quán)。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(hào)處理器（DSP-Digital Signal Processor）  Westinghouse的John Murtha等人申報(bào)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(gè)直到今天在DSP處理器中都普

32、遍存在、防止溢出的關(guān)鍵概念。1974年這個(gè)專利獲得授權(quán)，專利號(hào)：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(shù)以降低RAM的成本，從而使RAM的Bit成本降低到磁存儲(chǔ)的Bit成本以下。Dale Critchlow的項(xiàng)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(bào)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(duì)Cell的尺寸要作很大的縮減（Shrink）才能達(dá)到經(jīng)濟(jì)性能要求。Critchlow和 Dennard決定將當(dāng)時(shí)的5μm工藝縮減（Shrink）到1μm。Dennard和Gaensslen推導(dǎo)出定常電場的比例縮減定律及其極限。最著名 的結(jié)論是：如果MOSFET按比例縮減時(shí)電場保持常量，則幾乎其他所有的晶體管特性都有改善！項(xiàng)目組繼續(xù)開發(fā)1μm器

34、件的設(shè)計(jì)規(guī)則（Design Rules）并在1972年的IEDM上發(fā)表了一篇論文。這項(xiàng)工作在1974年的IEDM由Dennad等人繼續(xù)深化，這就是在半導(dǎo)體器件比例縮減方面最 經(jīng)典的文獻(xiàn)："Design of Ion-Implanted MOSFET's with Very Small Physical Dimensions"。盡管當(dāng)時(shí)沒有被普遍認(rèn)同，比例縮減定律最終終結(jié)了雙極型（Bipolar）在集成電路領(lǐng)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(jì)的90年代初期，MOSFET技術(shù)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(jì)算機(jī) 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(duì)一些片面追求最小線寬，認(rèn)為這樣就算是達(dá)到集成電路技術(shù)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(gè)晶體管，使用200KHz時(shí)鐘，芯片的DIE尺寸是 15.2mm2。,1973 - 商用的雙極型-CMOS（BiCMOS）技術(shù)  Polinsky、Schade和Keller向IEDM提交了一份名為"CMOS-Bipolar Monolithic Integrated Circuit Technology"的文獻(xiàn)。金屬柵的Bi

37、CMOS技術(shù)被用于加工運(yùn)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(shù)（Lithography），它在20世紀(jì)70年代中期和正光刻膠的使用給光刻 （photolithography）技術(shù)帶來了革命性變化：掩膜（MASK）的缺陷大大降低，相應(yīng)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(gè)具有1個(gè)晶體管的4Kbit的DRAM問世  使用硅柵NMOS工藝的單個(gè)晶體管Cell的4Kbit DRAM問世。在DRAM技術(shù)史上，單個(gè)Cell由3個(gè)晶體管轉(zhuǎn)向1個(gè)晶體管設(shè)計(jì)是第一次大的技術(shù)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(jià)大約為$18。 1974

39、- Intel 8080  8080被用于Altair計(jì)算機(jī)。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(gè)晶體管，時(shí)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(gè)的存儲(chǔ)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(jià)約$33。,1978 - Intel 8086/8088  8088被IBM選中用于IBM PC，歷史上最大的半導(dǎo)體設(shè)計(jì)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(gè)晶體管，5-10MHz的時(shí)鐘頻率，28.6mm2的DIE尺寸。兩個(gè)處理器都使用16位的設(shè)計(jì)，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(jìn)和重復(fù)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(shù)在20世紀(jì)80年代由于精度的改善給光刻技術(shù)帶來了革命，并允許最小線寬進(jìn)一步縮減。 1978

42、- 集成電路工藝的年?duì)I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(jià)約$47。 1979 - 125mm的圓硅片出現(xiàn),1980s - 先進(jìn)的技術(shù)和產(chǎn)品 - EEPROM 和 Flash,1980

43、 - 現(xiàn)代數(shù)字信號(hào)處理器（DSP）進(jìn)入商用  “現(xiàn)代”的定義是指單個(gè)芯片的DSP，并且是具有可編程能力、并行加法器和并行存儲(chǔ)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(dāng)時(shí)去學(xué)校招聘，有一個(gè)短片講述Lucent這個(gè)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(gè)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(gè)人計(jì)算機(jī)（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(chǔ)單元（Cell）面積為 70μm2，芯片的DIE尺寸為45mm2，初期的售價(jià)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(gè)時(shí)候，經(jīng)濟(jì)學(xué)家們確認(rèn)半導(dǎo) 體產(chǎn)業(yè)可以得到很好的發(fā)展，這些大牌的經(jīng)濟(jì)學(xué)家甚至不使用計(jì)算機(jī)，他們使用的使自己的專業(yè)領(lǐng)域的知識(shí)作出的判斷：以DRAM而言，1970年 的$21/1Kbit，到1982年的 $51/256Kbit，單個(gè)存儲(chǔ)Bit的售價(jià)降低為7.66/10^5。銷售價(jià)格的不斷降低，性能和

46、容量卻不斷提升，這個(gè)明顯的矛盾，然而發(fā)展方向如 此，一個(gè)普遍適應(yīng)的經(jīng)濟(jì)規(guī)律是：人們一定會(huì)為這個(gè)東西找到合適的應(yīng)用-大規(guī)模的應(yīng)用。,1982 - Intel 80286問世  80286的問世是一個(gè)標(biāo)志性的事件：它在提升處理器性能的同時(shí)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(gè)晶體管，6-12MHz的時(shí)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(wù)。,1983 - 電可改寫的程序存儲(chǔ)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(chǔ)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(chǔ)器。這種存儲(chǔ)器的Cell結(jié)構(gòu)只需要一個(gè)晶體管而不是傳統(tǒng)的電可改寫程序存儲(chǔ)器（EEPROM）那樣每個(gè)Cell要兩個(gè)晶體管。 1985 - 商用的Flash存儲(chǔ)器問世  東芝（Toshiba)在1985年推出一款256Kbit容量的FLASH存儲(chǔ)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(gè)，具有16-33MHz的主頻，芯片的DIE尺寸104mm2。 21世紀(jì)初，在造芯運(yùn)動(dòng)中，國內(nèi)很多學(xué)校、研究機(jī)構(gòu)和公司在處理器方面也進(jìn)行了“趕美”，但是在比對(duì)的時(shí)候很多方面進(jìn)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(shè)計(jì)工具： Intel 不祥，國內(nèi)-使用百萬元量級(jí)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(shè)計(jì)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(yuǎn)遠(yuǎn)超出386能力的芯片上得到驗(yàn)證。    * 環(huán)境： Intel 不祥，國內(nèi)-可以從ARM\MIPS等軟核供應(yīng)商采購不同驗(yàn)證級(jí)別的設(shè)計(jì)，即使自己設(shè)計(jì)，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(dǎo)體代工廠商（Foundry）在這里要說明一點(diǎn)，這個(gè)比較并不是在技術(shù)發(fā)展的今天

52、要求人們使用原始的方法去做設(shè)計(jì)，只是從一個(gè)側(cè)面表明這些成就并不像說的那樣值得自豪。有些報(bào)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(shù)封鎖”的叫囂，其實(shí)遠(yuǎn)不至如此：在半導(dǎo)體方面的封鎖遠(yuǎn)不如軍事技術(shù)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(yīng)了 一句老話：第一個(gè)說女人是花的是天才；第二個(gè)說女人是花的是庸才；第三個(gè)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(chǔ)存期最普遍的風(fēng)格。順便提一句，在相當(dāng)長的一段時(shí)間內(nèi)，當(dāng)Intel在國內(nèi)以處理器的代名詞出現(xiàn)的時(shí)候，它實(shí)際上最大的利潤源是為通訊設(shè)備提供Flash存儲(chǔ)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(dāng)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(chǔ)Cell的大小25μm2，芯片的DIE尺寸為70mm2，初期的售價(jià)為約$100（至此，單個(gè)Bit的售價(jià)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(jié)構(gòu)，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(jià)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(diǎn)處理功能的處理器（80386是以獨(dú)立的浮點(diǎn)協(xié)處理器80387的形式出現(xiàn)的，

56、當(dāng)時(shí)實(shí)驗(yàn)室的一個(gè)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(yùn)行，那個(gè)上火），而且為單時(shí)鐘脈沖-單指令處理結(jié)構(gòu)。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(gè)晶體管，25-50MHz時(shí)鐘頻率，芯片的DIE面積為163mm2。,1990s - 持續(xù)改進(jìn)的技術(shù) - 技術(shù)進(jìn)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(chǔ)Cell尺寸4.2μm2，DIE的尺寸約 130mm2，初期的售價(jià)$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(shè)計(jì)，然后 使用CMOS的 Shrink特征，進(jìn)行經(jīng)濟(jì)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(jìn)行。這對(duì) 我們片面追求工藝的最小線寬又是一個(gè)很好的故事。 1993 - Intel Pentium（TM）  奔騰（Pentium）處理器是Intel第一個(gè)能在單時(shí)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(gè)polysilicon，3個(gè)金屬層。Pentium 處理器有3百1十萬個(gè)晶體管，最高66MHz的時(shí)鐘頻率，芯片DIE

59、尺寸264mm2。注意Pentium是注冊(cè)商標(biāo)（TM），這意味著其它微處理器制造 商不能像在X86時(shí)代那樣，由Intel完成產(chǎn)品的推廣，而其它廠商只需要跟進(jìn)。其后的年代里，微處理器制造商進(jìn)行了慘烈的淘汰，只剩下AMD和 Intel周旋。,1994 - 半導(dǎo)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(chǔ)Cell單元的面積 1.5μm2，DIE的尺寸約170mm2，初期的產(chǎn)品售價(jià)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(jìn)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(gè)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(gè)晶體管， 時(shí)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(gè)晶體管，時(shí)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(shù)大變革，產(chǎn)品的DIE尺寸約 為204mm2，初期的售價(jià)在$575左右。 1999 - Intel Pentium III（TM）Pentium III處理器重新回到標(biāo)準(zhǔn)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(gè)晶體