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      SOC 集成電路研究的若干問題

      更新時間: 2007-08-25 09:30:28來源: 粵嵌教育瀏覽量:1194

        本文介紹了集成電路設計領域中重要的國際會議ISSCC。根據ISSCC技術委員會的預測,簡單介紹了未來集成電路研究的熱點問題。

             一、 ISSCC 介紹

             ISSCC 是IEEE International Solid-State Circuits Conference 的縮寫,在國內通常稱作“國際固態電路會議”。此會議發源于1953 年美國University of Pennsylvania 的一個固態電路研討會,演變成IEEE SSCS 主辦的全球從事固態電路和系統芯片研究者的一個重要的論壇,至2006 年已經召開了53 次,為工作在集成電路設計的技術前沿的工程師保持技術先進性、在世界技術專家之間進行技術交流提供了不可替代的平臺。工業界、教育和研究界都把在ISSCC 上發表論文視作值得驕傲的重要事件。歷史上,固態電路的許多重要成果都是次在ISSCC 上發表,比如:晶體管邏輯電路(1957)、平面晶體管(1957)、隧道二極管、磁存貯器(1960)、平面集成電路(1961)、數字TTL 邏輯(1962)、CMOS 邏輯電路(1963)、電子手表電路(1971)、NMOS 8bit 處理器(1974)、半導體存儲單元(1966)、CMOS 存儲單元(1967)、帶有刷新電路的單晶體管DRAM 單元(1972)、1K bit DRAM(1970)、64K bit DRAM(1978)、32 bit 處理器(1981)、RISC 處理器(1981)、1Mbit DRAM(1984)、1Gbit DRAM(1995)、NAND Flash(1989)、1GHz 處理器(1998)、多核處理器(2005)等等。從下述諸方面來看,ISSCC 被稱為集成電路設計業的奧林匹克盛會是當之無愧的。

        1. 覆蓋領域寬

        ISSCC 的組織委員會以及發表論文的方向隨著技術的發展不斷調整,始終覆蓋SoC 集成電路的全部領域。表1 給出了2005/06 兩年期間ISSCAS 技術委員會的覆蓋領域以及發表論文的情況。可以看出,在2006 年,根據技術發展的情況,ISSCC 將Analog 和Wireless communication 兩個領域劃分為三個,分別是Analog& RF、data converters 以及Wireless & RF 三個領域。在2007 年,ISSCC 又進一步把Analog & RF、Wireless & RF 分解為三個領域Analog、RF 和wireless。隨著技術的發展,不斷調整,是ISSCC 50 余年保持的重要原因之一。

        表1. 2005/06 兩年ISSSCC 的領域設置和論文發表情況

       2. 世界范圍的技術論壇

         ISSCC 是世界范圍內的技術論壇。世界上不同國家、地區的工業界、教育和研究界都把在ISSCC 上發表論文視作值得驕傲的重要事件,很多集成電路方面的成果,都是在ISSCC 上公開發表。通常,美國、日本等半導體技術發達的國家在ISSCC 上發表的論文占了絕大多數。韓國、中國臺灣地區的半導體技術發展迅速,也在ISSCC 上發表了不少的論文。

             中國香港地區以及我國大陸,也逐漸有論文發表。事實上,2005 年中國大陸在ISSCC 上發表論文實現了零的突破,新濤科技(上海)的常仲元發表了A/D 變換器的論文。2006 年,中國科學院半導體所的吳南健教授指導的研究生鄺小飛發表了介紹MIMO 射頻前端的新結構的論文。我們希望,隨著我國半導體工業的發展,隨著我國工業界自主創新能力的提高,在ISSCC 上發表論文的人數成倍地增長。

             3. 高質量的論文

             論文的質量、論文技術水平是學術會議得到業界關注的核心的問題。論文錄用率是衡量學術會議論文質量的重要指標。圖1 給出了從1992 年到2006 年的15 年間ISSCC 論文的錄用率。ISSCC 的論文除了保持了較低的論文錄用率之外,要求全部論文有芯片實現和測試結果、論文作者要在大會開會前試講、會議論文集出版前由大會組委會重新排版、在JSC 雜志為ISSCC 出版專集等,都是保證論文質量的重要措施。


             4. 廣泛關注

             ISSCC 是得到國際上學術界、工業界共同廣泛關注的會議,這體現在(注冊)參加會議的人數上。圖2 給出了從1992 年到2006 年的15 年間注冊參加ISSCC人數統計。可以看出,每年多于3000 人參加一個約250 人發表論文的學術會議,會議沒有商業活動、沒有廣告贊助,必定是會議論文本身吸引了廣大的集成電路設計領域的學者、研究人員、工程師和其他技術人員。當然,會議每年的固定時間(2 月初)在美國的舊金山舉辦,會議地點離硅谷較近,適宜于集成電路設計業的工程師規劃自己的時間,方便參加會議,也是參加會議的人數多的重要原因。


      圖2 15 年間ISSCC 注冊參加會議的人數

        ISSCC 是一個以展示技術創新為宗旨的學術會議,但會議的參與者不僅僅局限于大學和研究機構,工業界在這個會議上發表的論文至少占了半壁江山。2003~2006 年,工業界在ISSCC 上發表論文占總論文的比重分別為:67%、64%、59%和54%。這種情況在國際上眾多國際會議中是絕無僅有的。這一方面反映了集成電路技術研究的規律:工業界在很多方面處于研究的位置;另一方面也說明工業界和學術界對這個會議的關心程度。

        事實上,世界上重要的研究機構和大學都將ISSCC 作為發表論文的重要論壇。圖3 是2006 發表論文高于3 篇的機構分布情況。從圖3 可以看到幾個重要的現象,首先,世界的公司都注重把ISSCC 作為他們發表研究成果的論壇;其次,世界大學也把在ISSCC 上把表論文作為他們的目標;第三,公司和先進大學包攬了ISSCC 論文的大部分。


            可以看出,ISSCC 是集成電路設計領域重要的論壇,從ISSCC 得到的技術發展趨勢是集成電路研究機構、學術單位需要注重的研究方向

            二、 ISSCC 技術委員會提出的技術趨勢、和研究領域

            2007 年的ISSCC 技術委員會共由來自世界各地的178 名成員組成。分成了10 個分委員會。在2006 年6 月,ISSCC 技術委員會在美國舊金山召開了會議,對2007 年的技術方向做了展望,下面是部分分委員會的預測結果。

            1. 模擬電路

            ISSCC 2007 技術委員會認為,通信類系統的應用仍然是模擬電路研發的主要驅動力,傳統的射頻和模擬電路設計在“會聚”。經過20 多年的嘗試,采用多芯片構成的模擬系統還是采用單芯片集成電路構造模擬系統依然沒有分出優劣,多芯片模擬系統技術及單片集成技術都在迅速發展。熱點研究領域包括濾波器、比較器、基帶放大器、模擬相乘器、頻率綜合器、鎖相環、DC-DC 變換器、電源管理、電壓參考源等。

            特別是電源變換與電源管理電路,由于SoC 的迫切需求,已經成為大規模系統芯片中不可缺少的嵌入式模塊。除了通信類應用之外,聽力恢復以及其他生物及醫療模擬電路的研究也是未來的熱點問題。

        2. 數據變換電路

        A/D 與D/A 變換器研究與開發中更多地關注速度、帶寬、功耗問題,以前特別關注的動態范圍問題(bit 數)的重要程度相對下降。過抽樣和σΔ 技術會甬應用到寬帶信號。精度問題有可能從時間域解決而不是由電壓/電荷域解決。

        連續時間的σΔ 技術可能會得到更多的應用,特別是對一些功耗要求苛刻的系統更是如此。數字修正和校準技術可能不單用來解決直流線性問題,而且用來解決交流線性問題。并行的技術可能會應用的更多。評價ADC 可能更多地應用綜合指標((SNDR (not dB) * Bandwidth)/Power),而不是單項指標。

        3. 數字技術

        數字系統設計中功耗問題可能是重要的挑戰。泄露問題、熱量子點效應、電壓范圍的下降、電源管理等諸多方面的問題都對數字系統的設計帶來挑戰。基于IP 的設計方法學也是設計挑戰。

        4. IMMD

        IMMD 是Image sensors(圖象傳感器), MEMS & sensors(微電子機械系統及傳感器), Medical(醫學), & Displays(顯示)的縮寫,關于IMMD 的研究被稱為滿足完整世界需求的電子學。關于IMMD 的研究對集成電路技術帶來了新的挑戰。

        5. 射頻單元電路技術

        射頻技術的研究包含兩個主要方面:面向超低功耗應用和超高頻率應用。前者的典型集成電路是RFID 系統的應用;后者的典型應用包括無線HDTV、便攜式醫學圖象處理等等。除了這些方面的研究需求之外,可重構的射頻系統可能是研究的熱點。研究的熱點是把多種射頻系統的前端電路集成(WLAN +UMTS+GSM+UWB+BT+GPS+DCS+WiMax+… )到一個終端中。

        6. 無線系統

        無線系統的技術發展趨勢體現在五個方面:

        ①終端的產品是便攜式消費類應用產品。低成本和低功耗是芯片研發的主要驅動力;低功耗、高集成度(外圍元件少)也是很大的設計需求。

        ②帶寬的提高是另一個個發展趨勢。無線互聯網、游戲、多標準多模式都要求提高帶寬。

        ③新的寬帶標準(DMB, DVB-H, ISDB-Tand MediaFlo for TV to cell phones, PDAs)也為無線集成電路研發提出了要求。

        ④醫學、傳感器網絡等應用ISM 波段的系統也要求開發新的集成電路。

        ⑤可重構與軟件無線電的結合。

        三、 小結

        本文介紹了ISSCC,目的是說明ISSCC 專家委員會在集成電路發展趨勢把握上的權威性。對ISSCC 的6 個不同方向簡單介紹了ISSSCC 技術委員會對近期未來的技術發展趨勢的預測。對于ISSCC 的另外幾個方向,比如存儲器、信號處理、有線通信等,本文沒有介紹。

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