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關(guān)鍵詞:納米;集成電路;新工藝;發(fā)展趨勢
中圖分類號:TN47 文獻標識碼:A 文章編號:1674-7712 (2013) 20-0000-01
自從摩爾提出了集成電路的發(fā)展預(yù)測,他認為單位面積上的晶體管在24個月都將在數(shù)量上翻番,經(jīng)過微納電子技術(shù)的不斷發(fā)展,使得摩爾的預(yù)測逐漸實現(xiàn),而且隨著微納電子產(chǎn)業(yè)的發(fā)展,使得摩爾的預(yù)測正在受到非常強大的挑戰(zhàn),因為隨著新的科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展,新材料和新結(jié)構(gòu)的不斷創(chuàng)新促使當(dāng)前的發(fā)展逐漸顯示出其有效性,由于產(chǎn)業(yè)的不斷發(fā)展和思索,使得人們逐漸從晶體管的使用上認識到其體積還能縮小,所以根據(jù)當(dāng)前的晶體管理論,當(dāng)特征距離小到10納米的時候會不可避免的發(fā)生電子漂移,此時會無法控制電子的進出,從而導(dǎo)致了晶體管的實效。隨著新材料和新工藝的崛起使得在設(shè)計和制造出集成電路的時候,會逐漸的淡化摩爾定律,那么則會對市場的沖擊帶來深遠的影響,尤其是在互聯(lián)網(wǎng)時代,納米材料的使用可以更加有效的滿足目前現(xiàn)狀的要求,同時還能夠成為具有高度關(guān)注的全球集成電路產(chǎn)業(yè)。
一、納米技術(shù)在集成電路大生產(chǎn)工藝中的現(xiàn)狀
隨著當(dāng)前的經(jīng)濟的不斷發(fā)展,納米技術(shù)在運用上變得越來越廣泛,而且其功能的優(yōu)越性也使得其應(yīng)用更加的符合當(dāng)前的發(fā)展現(xiàn)狀。當(dāng)前所使用的摩爾定律的不斷延伸,基本上是依賴于新材料和新工藝進行突破,同時在發(fā)展的過程中如果不能夠找到合適的替代品,那么摩爾定律則會實效,因此可以從新材料和新工藝的發(fā)展現(xiàn)狀來檢驗出摩爾定律是否得到有效的延伸。目前所采用的應(yīng)硅工藝、小型溝道材料技術(shù)、小尺寸工藝、高K金屬柵工藝、超低K工藝、450mm硅片以及光刻技術(shù)等均在被大量的使用。雖然納米技術(shù)在當(dāng)前的工藝中使用非常廣泛,但是卻仍然存在著很多的問題,因此在采用納米技術(shù)的時候要解決相應(yīng)的納米
技藝所面臨的難題。另外納米技術(shù)在存儲器中的應(yīng)用也非常普遍,無論是相變阻器還是磁變阻器,其高速的運轉(zhuǎn)造成了在成本的需求上需要更多,運用納米技術(shù)可以在芯片中更好的運用。采用納米技術(shù)可以使得所制出芯片存儲器更加小,可以使得更加小的芯片擁有更大的驅(qū)動能力,從體積的角度不斷縮小,而從功能的角度則是不斷的擴大。
二、納米集成電路發(fā)展趨勢概述
隨著我國社會經(jīng)濟的高速發(fā)展,加上社會需求的增大,我國對于微納電子技術(shù)和微納電子產(chǎn)業(yè)的重視力度越來越大,特別是最近幾年建立了和集成電路技術(shù)相關(guān)的重大科技項目和研發(fā)項目,為我國的納米集成電路的發(fā)展奠定了良好的基礎(chǔ)。為了能夠盡快的達到世界先進水平,能夠掌握自主知識產(chǎn)權(quán)技術(shù)和設(shè)計,本文從集成電路發(fā)展的規(guī)律上分析,主要認為需要從兩個角度來進行發(fā)展和研究:一是對維納電子基礎(chǔ)的前沿性研究要進一步的重視和加強,二是根據(jù)集成電路發(fā)展的規(guī)律和特點,充分認識產(chǎn)業(yè)支撐對于集成電力發(fā)展的重要性,國家應(yīng)大力的發(fā)展和優(yōu)化產(chǎn)業(yè)鏈條和產(chǎn)業(yè)技術(shù)。對于前者,特別是對于二代(五年)后的集成電力產(chǎn)業(yè)發(fā)展方向要進行著重的分析和研究,分析和研究的具體內(nèi)容有新型器件的結(jié)構(gòu)研究、新材料的研究、新技術(shù)的研究等。目前我國的很多的項目研究都局限在某一設(shè)備、某一技術(shù)或某一項工藝,在對這些內(nèi)容進行研究時,有的研究人員對基礎(chǔ)問題的研究不重視,所以缺乏自身的核心技術(shù),造成了后續(xù)發(fā)展動力不足的現(xiàn)象,除此之外,在研究中要充分的認識工藝集成技術(shù)的重要性,還要著重的突出集成性,因為工藝參數(shù)或某器件的性能再優(yōu)良,無法集成,這就對集成電路的發(fā)展毫無意義;對于后者,產(chǎn)業(yè)支撐對于集成電路來說具有重要的影響,產(chǎn)業(yè)技術(shù)中的產(chǎn)前技術(shù)尤為重要,其中的工藝集成、成本控制、質(zhì)量控制等都是產(chǎn)業(yè)技術(shù)中的重點,這些方面需要企業(yè)發(fā)揮出創(chuàng)新的主體作用,除了對產(chǎn)業(yè)技術(shù)中的基本工藝進行研究外,主要還要對國內(nèi)外的市場進行研究和考察,根據(jù)市場的發(fā)展走向來開展具有市場特色的產(chǎn)業(yè)工藝技術(shù)研發(fā)。對于集成電路發(fā)展來說,技術(shù)和產(chǎn)業(yè)規(guī)模是重點,所以擴大產(chǎn)業(yè)規(guī)模、產(chǎn)業(yè)渠道、加大投資、優(yōu)化鏈條、創(chuàng)新技術(shù)等內(nèi)容是未來發(fā)展重點。
三、總結(jié)語
隨著微電子科學(xué)在集成電路上的應(yīng)用逐漸升級,使得傳統(tǒng)的集成電路正在不斷的發(fā)生著本質(zhì)上的革新,但是依靠著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展逐漸構(gòu)建起新的集成電路技藝,無論是從物理角度分析還是從經(jīng)濟的角度進行分析,采用納米技術(shù)可以更好的為集成電路的發(fā)展創(chuàng)新帶來發(fā)展的機遇,同時還能夠有效的促進當(dāng)前科學(xué)技術(shù)發(fā)展的環(huán)境下對于納米技術(shù)進行深層次的研究,為相關(guān)納米集成電路大生產(chǎn)工藝的生產(chǎn)者提供有建設(shè)性的借鑒。
參考文獻:
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微電子技術(shù)的主要相關(guān)行業(yè)集成電路行業(yè)和半導(dǎo)體制造行業(yè),既是技術(shù)密集型產(chǎn)業(yè),又是投資密集型產(chǎn)業(yè),是電子工業(yè)中的重工業(yè)。與集成電路應(yīng)用相關(guān)的主要行業(yè)有:計算機及其外設(shè)、家用電器及民用電子產(chǎn)品、通信器材、工業(yè)自動化設(shè)備、國防軍事、醫(yī)療儀器等。
1.微電子技術(shù)的概述
微電子技術(shù)的涵義:微電子技術(shù)一般是指以集成電路技術(shù)為代表,制造和使用微小型電子元器件和電路,實現(xiàn)電子系統(tǒng)功能的新型技術(shù)學(xué)科,簡言之就是將電子產(chǎn)品微小化的技術(shù)。微電子技術(shù)主要涉及研究集成電路的設(shè)計、制造、封裝相關(guān)的技術(shù)與工藝;是建立在以集成電路為核心的各種半導(dǎo)體器件基礎(chǔ)上的高新電子技術(shù)。
因其體積小、重量輕、可靠性高、工作速度快,對信息時代的飛速發(fā)展具有巨大的影響。實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)、計算機和各種電子設(shè)備的信息化的基礎(chǔ)是集成電路,因此說微電子技術(shù)是電子信息技術(shù)的核心技術(shù),是社會信息化發(fā)展的基石。
微電子技術(shù)知識組成及應(yīng)用:微電子學(xué)科以半導(dǎo)體物理、半導(dǎo)體化學(xué)專業(yè)為基本,涉及半導(dǎo)體物理基礎(chǔ)、半導(dǎo)體材料、半導(dǎo)體器件與測量、半導(dǎo)體制造技術(shù)、微電子封裝技術(shù)、半導(dǎo)體可靠性技術(shù)、集成電路原理、集成電路設(shè)計、模擬電子線路、數(shù)字電路、工程化學(xué)、電路CAD基礎(chǔ)、可編程邏輯器件、電子測量、單片機原理等眾多學(xué)科知識。衡量微電子技術(shù)的標志要在三個方面:一是縮小芯片中器件結(jié)構(gòu)的尺寸,即縮小加工線條的寬度:二是增加芯片中所包含的元器件的數(shù)量,即擴大集成規(guī)模;三是開拓有針對性的設(shè)計應(yīng)用。
微電子的應(yīng)用領(lǐng)域廣泛,主要分布在半導(dǎo)體集成電路芯片行業(yè),從事制造、測試、封裝、版圖設(shè)計及質(zhì)量管理、生產(chǎn)管理、設(shè)備維護等半導(dǎo)體行業(yè),不光需要大量的一線工程技術(shù)人員,也需要大量高級技術(shù)工人。其就業(yè)方向主要面向微電子產(chǎn)品的生產(chǎn)企業(yè)和經(jīng)營單位,從事半導(dǎo)體芯片制造、封裝與測試、檢驗、質(zhì)量控制、設(shè)備維護等的工藝方面工作,生產(chǎn)管理和微電子產(chǎn)品的采購、銷售及服務(wù)工作。
2.微電子技術(shù)產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀
全球產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀:自上世紀,作為信息技術(shù)發(fā)展的基石,微電子技術(shù)伴隨著計算機技術(shù)、數(shù)字技術(shù)、移動通信技術(shù)、多媒體技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的出現(xiàn)得到了迅猛的發(fā)展,從初期的小規(guī)模集成電路(ssI)發(fā)展到今天的巨大規(guī)模集成電路(GSI),成為使人類社會進入信息化時代的先導(dǎo)技術(shù)。本世紀,隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展,人類歷史進入一個嶄新的時代——信息時代。
其鮮明的時代特征是,支撐這個時代的諸如能源、交通、材料和信息等基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)均將得到高速發(fā)展,并能充分滿足社會發(fā)展及人民生活的多方面需求。電子科學(xué)與技術(shù)的信息科學(xué)已成為當(dāng)前新經(jīng)濟時代的基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)。
國際微電子技術(shù)的發(fā)展趨勢是集成電路的特征尺寸將繼續(xù)縮小,集成電路(Ic)將發(fā)展為系統(tǒng)芯片(sOC)。芯片是信息時代最重要的基礎(chǔ)產(chǎn)品之一,如果把石油比作傳統(tǒng)工業(yè)“血液”的話,芯片則是信息時代IT產(chǎn)業(yè)的“大腦”和“心臟”。無論是小到日常生活的電視機、VCD機、洗衣機、移動電話、計算機等家用消費品,還是大到傳統(tǒng)工業(yè)的各類數(shù)控機床和國防工業(yè)的導(dǎo)彈、衛(wèi)星、火箭、軍艦等都離不開這,JwJ\的芯片。隨著我國國民經(jīng)濟和信息產(chǎn)業(yè)持續(xù)快速增長,國內(nèi)集成電路市場需求持續(xù)旺盛,當(dāng)前我國集成電路市場已成為全球最大的市場。
微電子工業(yè)發(fā)展的主導(dǎo)國家是美國和日本,發(fā)達國家和地區(qū)有韓國和西歐。我國微電子技術(shù)產(chǎn)業(yè)正進入迅猛發(fā)展時期,目前已經(jīng)成為世界半導(dǎo)體制造中心和國際上主要的芯片供應(yīng)地。特別是在半導(dǎo)體晶片生產(chǎn)方面,其產(chǎn)量超過全世界晶片產(chǎn)量的30%,今年隨著LED產(chǎn)業(yè)迅猛發(fā)展,芯片市場已供不應(yīng)求。今年,我國芯片總需求已經(jīng)達到500億美元,成為全球最大的集成電路市場之一。
我國微電子技術(shù)產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀:在2006年8月及10月海力士意法在無錫建成8英寸和12英寸芯片生產(chǎn)線之后,2007年迅速達產(chǎn),從而拉動了國內(nèi)芯片制造業(yè)整體規(guī)模的擴大。在此基礎(chǔ)上,2008年海力士意法又繼續(xù)實施第二期工程,將12英寸生產(chǎn)線產(chǎn)能擴展至每月8萬片。此外,國內(nèi)還有多條集成電路芯片生產(chǎn)線正處于建設(shè)或達產(chǎn)過程中,其中12英寸芯片生產(chǎn)線已成為投資熱點。
中芯國際在成都的8英寸生產(chǎn)線建成投產(chǎn),緊接著在武漢的12英寸芯片制造企業(yè)——武漢新芯集成電路制造有限公司也建成投產(chǎn);華虹NEC二廠8英寸生產(chǎn)線建成投產(chǎn);英特爾投資25億美元在大連的12英寸芯片制造廠投產(chǎn):臺灣茂德也投資9.6億美元在重慶建設(shè)8英寸生產(chǎn)線;中芯國際投資12億美元在上海的12英寸生產(chǎn)線正式運營。中芯國際宣布正在深圳建設(shè)8英寸和12英寸生產(chǎn)線,英特爾支持建設(shè)的深圳方正微電子芯片廠二期工程已竣工。
隨著這些新建和擴建生產(chǎn)線新增產(chǎn)能的陸續(xù)釋放,我國芯片制造業(yè)的規(guī)模將繼續(xù)快速擴大。北京京東方月生產(chǎn)9萬片玻璃基板的液晶生產(chǎn)8.5代線今年即將投產(chǎn)。在封裝測試領(lǐng)域,中芯國際和英特爾在成都的封裝測試企業(yè)建成投產(chǎn),江蘇長電科技投資20億元建設(shè)的年產(chǎn)50億塊集成電路的新廠房在使用,三星電子(蘇州)半導(dǎo)體公司的第二工廠投產(chǎn)。
飛思卡爾、奇夢達、RFMD、瑞薩、日月光和星科金朋等多家企業(yè)也分別對其在中國大陸的封裝測試企業(yè)進行增資擴產(chǎn)。此外,松下投資100億日元在蘇州建設(shè)半導(dǎo)體封裝新線投產(chǎn);意法半導(dǎo)體投資5億美元在深圳龍崗建設(shè)封裝工廠。這些新建、擴建項目成為近期拉動我國集成電路封裝測試業(yè)繼續(xù)快速增長的主要力量。
從產(chǎn)業(yè)的市場層面看:英特爾、三星、德州儀器、Renesas公司、東芝公司、ST微電子公司、英飛凌、NEC、摩托羅拉和飛利浦電子公司,為世界較大的半導(dǎo)體生產(chǎn)商。領(lǐng)導(dǎo)我國微電產(chǎn)業(yè)主流的企業(yè)主要分布在以上海為中心的“長三角”地區(qū)、以北京為中心的京津環(huán)渤海灣地區(qū)和以深圳為中心的“珠三角”地區(qū),代表是:上海廣電集團有限公司、北京東方電子集團股份有限公司、深圳天馬有限公司等。
毋庸置疑,微電子產(chǎn)業(yè)投資巨大,產(chǎn)業(yè)規(guī)模發(fā)展迅速,發(fā)展前景無限廣闊。
3.微電子產(chǎn)業(yè)的發(fā)展為中等職業(yè)學(xué)校微電子專業(yè)打開就業(yè)市場
國內(nèi)現(xiàn)有的集成電路生產(chǎn)線的生產(chǎn)能力和技術(shù)水平正迅猛擴大和提升。企業(yè)通過加強工藝技術(shù)、生產(chǎn)技術(shù)的研究開發(fā)和改造,加快現(xiàn)有生產(chǎn)線的技術(shù)升級,形成規(guī)模生產(chǎn)能力,提高產(chǎn)品技術(shù)水平,擴大產(chǎn)品品種,替代進口。因而,用工需求量大,技術(shù)工人市場前景也隨之向好。近年來,我國職業(yè)教育實現(xiàn)了跨越式發(fā)展,適應(yīng)企業(yè)的發(fā)展需要培養(yǎng)技術(shù)技能型人才成為中等職業(yè)教育的出發(fā)點。
目前,全國設(shè)有電子科學(xué)與技術(shù)相關(guān)專業(yè)的高等院校有一百多所,在校學(xué)生估計超過5萬人。本專業(yè)設(shè)有???、本科和研究生教育三個層次。專業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀良好,主要表現(xiàn)在:規(guī)模在逐年擴大,開設(shè)此專業(yè)的學(xué)校和招生人數(shù)都在增加;專業(yè)畢業(yè)生的就業(yè)率相對較高。這是與微電子技術(shù)產(chǎn)業(yè)的穩(wěn)步發(fā)展相適應(yīng)的。
然而,我們應(yīng)該看到,不同層次的人才對應(yīng)著不同層次的社會需求。高等教育的目的是為國家培養(yǎng)出具有良好的思想道德素質(zhì)、扎實的基礎(chǔ)理論知識、寬廣的科學(xué)技術(shù)知識面、良好的創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力的高素質(zhì)人才,而隨著集成電路、液晶、有機薄膜發(fā)光及太陽能電池等信息產(chǎn)業(yè)投產(chǎn)規(guī)模的不斷擴大,從事基本勞動的產(chǎn)業(yè)技術(shù)工人需求量也在大幅增加,目前很多企業(yè)正處在“用工荒”。這給職業(yè)教育開設(shè)微電子技術(shù)專業(yè)帶來的契機,我們必須牢牢抓住這個契機,為社會培養(yǎng)合格的技術(shù)工人,適應(yīng)企業(yè)的發(fā)展。
4.突出職教特色,校企結(jié)合開設(shè)課程
合格人才的培養(yǎng)不是一個孤立的事件,而是一個復(fù)雜的工程,它既是專業(yè)知識的培訓(xùn)過程又是思想道德素質(zhì)的提高過程;它要求學(xué)校要適應(yīng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展需要,培養(yǎng)的學(xué)生既要有專業(yè)技能又要腳踏實地:既要有“教方”教改的靈活變化,更要有“學(xué)方”學(xué)習(xí)內(nèi)容的切合實際。
這些決定教育質(zhì)量和產(chǎn)業(yè)發(fā)展的環(huán)節(jié)相輔相成、缺一不可。電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的教育質(zhì)量、規(guī)模、結(jié)構(gòu)和市場的關(guān)系是一種相互制約、相輔相成的辯證關(guān)系。教學(xué)必須適應(yīng)生產(chǎn)力的發(fā)展需要,課程設(shè)置、專業(yè)規(guī)模和結(jié)構(gòu)必然受到行業(yè)市場冷熱的影響。就學(xué)校而言,教育質(zhì)量除了受到教師、教材、課程、授課方式等純教學(xué)因素的影響之外,同時受到產(chǎn)業(yè)規(guī)模和結(jié)構(gòu)的制約,課程結(jié)構(gòu)設(shè)置要和企業(yè)需求密切結(jié)合。
課程設(shè)置中:明確設(shè)課目的。明確基礎(chǔ)課、實訓(xùn)課之間的學(xué)時比例,要了解社會需求對課程的模式、培養(yǎng)方向起到?jīng)Q定性作用。起點不同的學(xué)生技術(shù)專業(yè)也應(yīng)定位在不同的培養(yǎng)層次上。
一般來講,高中畢業(yè)起點的學(xué)生課程選擇應(yīng)該在對材料生長的了解、清洗工藝、凈化及器件工藝的學(xué)習(xí)掌握;初中起點學(xué)生的培養(yǎng)目標是普通型工人,學(xué)校的辦學(xué)目標不能一刀切,應(yīng)根據(jù)需求分出層次。內(nèi)容應(yīng)根據(jù)市場需求,不能盲目制定教學(xué)計劃而脫離實際,要大膽結(jié)合企業(yè)用工需求,培養(yǎng)稱職的技術(shù)工人。
教學(xué)環(huán)節(jié)中:在目前的社會環(huán)境和市場調(diào)節(jié)的作用下,如何提高教學(xué)質(zhì)量是一個重大和綜合性的課題。影響教學(xué)質(zhì)量的校內(nèi)要素是“教”與“學(xué)”,“教方”的要素有:教師隊伍、課程設(shè)置、教材選擇、教學(xué)方式;“學(xué)方”的要素是學(xué)習(xí)目的、上課態(tài)度。
在這些方面存在著:教方能否真正及時了解和掌握市場信息,教師有沒有適應(yīng)市場需求的教學(xué)能力;課程設(shè)置能不能和學(xué)生的接受能力吻合,既要按需設(shè)課也要“因人設(shè)課”,實驗和實習(xí)環(huán)節(jié)不能流于形式:教材選擇和講授內(nèi)容既要按照統(tǒng)一標準,又要“因人施教”、“因需施教”;教學(xué)方式達到在不偏離教學(xué)要求前提下的多樣化:以寬進嚴出的原則對待學(xué)生、教授知識。
從“教”與“學(xué)”兩個方面來抓“質(zhì)量”:首先,必須重視教師隊伍的建設(shè),注重教師的基本素質(zhì),如思想品德、敬業(yè)和專業(yè)知識面等;其次應(yīng)該注重教師的再學(xué)習(xí),這包括教授課程的學(xué)習(xí)與拓寬,要掌握捕捉微電子學(xué)科發(fā)展的洞察力和知識的更新能力;其次,隨著電子科學(xué)與技術(shù)的不斷發(fā)展,應(yīng)該注重課程設(shè)置的不斷更新和調(diào)整;第三,課程設(shè)置必須同樣注重教學(xué)和實驗兩個環(huán)節(jié),加強實驗教學(xué)環(huán)節(jié);帶學(xué)生多參加實訓(xùn),對于培養(yǎng)學(xué)生的接受、掌握專業(yè)知識和動手能力非常必要;即課堂與課下相結(jié)合、講課與實驗相結(jié)合、平時與考試相結(jié)合。
從前面國內(nèi)外電子科學(xué)與技術(shù)行業(yè)的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢來看,美國、西歐、日本、韓國、臺灣地區(qū)的電子科學(xué)與技術(shù)產(chǎn)業(yè)早已完成飛速發(fā)展的上升期,進入穩(wěn)步而緩慢的平臺。而我國隨著市場開放和外資的不斷涌入,電子科學(xué)與技術(shù)產(chǎn)業(yè)正突飛猛進、煥發(fā)活力。今后我國電子科學(xué)與技術(shù)產(chǎn)業(yè)還將有明顯的發(fā)展空間,高科技含量的自主研發(fā)的產(chǎn)品將會占領(lǐng)全球主導(dǎo)市場,隨著社會需求逐步擴大,微電子技術(shù)專業(yè)的就業(yè)前景十分看好。
目前,市場對從事此類工作的工人需求是供不應(yīng)求的,呈現(xiàn)“用工荒”狀態(tài),而且真正經(jīng)過專業(yè)培訓(xùn)的合格技術(shù)工人幾乎很難找到,農(nóng)民工缺乏相應(yīng)的技術(shù)不能滿足像因特公司、京東方、上廣電、大連路明集團、久久光電這些科技產(chǎn)業(yè)的用工需要,從這一點來看,企業(yè)急需具有一定技術(shù)技能型的工人來充實一線生產(chǎn)。因此,今后幾年內(nèi),職業(yè)教育應(yīng)該注重微電子技術(shù)專業(yè)領(lǐng)域人才的培養(yǎng)。
關(guān)鍵詞 片上系統(tǒng)設(shè)計導(dǎo)論 集成電路設(shè)計 項目化教學(xué)
中圖分類號:G642 文獻標識碼:A 文章編號:1002-7661(2015)17-0010-02
隨著半導(dǎo)體工藝和集成電路設(shè)計技術(shù)的發(fā)展,集成電路的規(guī)??梢赃_上億個晶體管,已經(jīng)發(fā)展到片上系統(tǒng)SoC(System on Chip)?,F(xiàn)代片上系統(tǒng)(SoC)是利用IP核(Intellectual Property Core)復(fù)用和深亞微米技術(shù),采用軟件和硬件結(jié)合的設(shè)計和驗證方法,在一塊芯片上實現(xiàn)復(fù)雜的功能。它廣泛應(yīng)用于汽車、醫(yī)療設(shè)備、手機和其他消費電子,其應(yīng)用領(lǐng)域的市場應(yīng)用結(jié)構(gòu)如圖1所示。
圖1 2013年集成電路設(shè)計市場應(yīng)用結(jié)構(gòu)
圖2 2008-2014年集成電路行業(yè)的產(chǎn)值
2008年以來,我國集成電路產(chǎn)業(yè)總產(chǎn)值從2107億元增長到2915億元。2014年,據(jù)國家統(tǒng)計局統(tǒng)計,共生產(chǎn)集成電路1015.5億塊,同比增長12.4%,增幅高于上年7.1個百分點;集成電路行業(yè)銷售產(chǎn)值同比增長8.7%,增幅高于上年0.1個百分點。集成電路行業(yè)的產(chǎn)值如圖2所示。
近年來,半導(dǎo)體集成電路產(chǎn)業(yè)在國家政策支持下發(fā)展迅速,因此對人才的需求在不斷增加。據(jù)權(quán)威機構(gòu)報道,2010年以來,中國IC產(chǎn)業(yè)對設(shè)計工程師的需求將達到30萬人以上,并且逐年增加,但目前國內(nèi)實際人才數(shù)量相較于需求遠遠不夠。高校是人才培養(yǎng)的搖籃,但高校大多數(shù)教授基礎(chǔ)概念,并了解基本的設(shè)計流程和設(shè)計方法,遠不能滿足行業(yè)的要求。
針對這一現(xiàn)象,《片上系統(tǒng)(SoC)設(shè)計導(dǎo)論》課程將結(jié)合《固體物理》《半導(dǎo)體物理》《數(shù)字集成電路設(shè)計》《模擬集成電路設(shè)計》《VHDL語言》等多門課程,以項目化教學(xué)的形式進行教學(xué),并且對其進行探討。
一、采用項目化教學(xué)改善學(xué)生只會理論、不會設(shè)計的現(xiàn)狀
(1)解決SoC設(shè)計與相關(guān)課程之間的內(nèi)部聯(lián)系,教學(xué)內(nèi)容主要涉獵到相類似的部分,通過將一個大項目分解成幾個小項目,通過逐漸加大項目的難度,使學(xué)生在項目中逐漸加深了對知識點的理解,并且將課程的主要內(nèi)容相互銜接與融合,形成完整的SoC設(shè)計概念。例如通過對矩陣加法器的項目分解如下幾個小項目來實現(xiàn),具體項目如圖3所示。通過這些項目設(shè)計過程完整地訓(xùn)練,既培養(yǎng)了較強的SoC設(shè)計能力,還提升了學(xué)生的擇業(yè)面。
圖3 項目流程圖
(2)項目中會先有示例,然后引導(dǎo)學(xué)生對分解的小項目做設(shè)計,熟悉設(shè)計流程和設(shè)計方法,而且解決了理論教學(xué)與實踐教學(xué)相脫節(jié)的問題,轉(zhuǎn)變了傳統(tǒng)的理論教學(xué)方式,達到較好的教學(xué)效果。
二、 通過PDCA戴明環(huán)的方式改善設(shè)計的產(chǎn)品不能用的問題
(1)在SoC設(shè)計的過程中,通過跟蹤課內(nèi)外學(xué)生設(shè)計中反應(yīng)的問題,對項目難易度的進行調(diào)整,提高學(xué)生的綜合素質(zhì),逐步鍛煉和培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)、團結(jié)協(xié)作等能力。
(2)結(jié)合新的技術(shù)或者領(lǐng)域,對項目進行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整,在基礎(chǔ)層上讓學(xué)生邊學(xué)邊做,在單個簡單的模塊中進行訓(xùn)練,最后實現(xiàn)復(fù)雜的項目要求的功能,達到SoC設(shè)計能力的提高。
通過PDCA戴明環(huán)的方式來持續(xù)改進教學(xué)方法,對教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)計劃進行合理和高效的修改。PDCA戴明環(huán)如圖4所示。
圖4 PDCA循環(huán)
三、小結(jié)
教師指導(dǎo)學(xué)生設(shè)計一個完整的項目,其中包括需求、硬件設(shè)計、軟件設(shè)計、驗證等部分。學(xué)生不僅掌握了基本概念,也提高了設(shè)計實踐能力,更提升了團隊意識?!镀舷到y(tǒng)(SoC)設(shè)計導(dǎo)論》課程項目化教學(xué)改變了傳統(tǒng)的理論課教學(xué)方式,以目標為導(dǎo)向,以設(shè)計作為考核標準,充分發(fā)揮了學(xué)生的能動性和協(xié)作能力,使學(xué)生理論與實踐齊頭并進,縮短了與集成電路設(shè)計人才的距離。
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程:您好!在浦東新區(qū)政府和北京大學(xué)的大力支持和領(lǐng)導(dǎo)下,經(jīng)過一年多的籌備,上海浦東微電子封裝和系統(tǒng)集成公共服務(wù)平臺已經(jīng)正式開始運營。
平臺由上海北京大學(xué)微電子研究院聯(lián)合多家封裝企業(yè)和研究單位共同建設(shè),在上海市浦東新區(qū)科學(xué)技術(shù)委員會、上海市集成電路行業(yè)協(xié)會、上海張江集成電路產(chǎn)業(yè)區(qū)開發(fā)有限公司、上海浦東高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)應(yīng)用研究院和上海張江(集團)有限公司支持下運營。平臺目標旨在通過跨地域、跨行業(yè)、跨學(xué)科的產(chǎn)學(xué)研用合作,集聚優(yōu)勢資源,為我國微電子產(chǎn)業(yè)(主要是中小型企業(yè))提供需要的封裝設(shè)計加工、測試、可靠性分析與測試等服務(wù)并開展微機械系統(tǒng)MEMS/微光電子機械系統(tǒng)(MOEMS)封裝、3-D集成等系統(tǒng)集成技術(shù)研發(fā),為集成電路行業(yè)培養(yǎng)封裝和系統(tǒng)集成高端人才,逐步發(fā)展成能為全國集成電路企業(yè)提供優(yōu)質(zhì)技術(shù)服務(wù)的微電子封裝與系統(tǒng)集成公共服務(wù)平臺。
平臺服務(wù)內(nèi)容包括先進封裝設(shè)計、小批量多品種集成電路封裝與測試、系統(tǒng)集成、可靠性分析測試和封裝人才培養(yǎng)等,將涵蓋封裝設(shè)計、仿真、材料、工藝和制造等多個領(lǐng)域。封裝設(shè)計服務(wù)將提供封裝設(shè)計及封裝模擬,封裝信號完整性分析等服務(wù)。小批量多品種封裝服務(wù)將提供中小型集成電路設(shè)計企業(yè)需要的封裝技術(shù),為特殊應(yīng)用領(lǐng)域(如寬禁帶半導(dǎo)體高溫電子封裝、高頻系統(tǒng)封裝、大功率器件與集成電路封裝等)提供封裝服務(wù)。系統(tǒng)集成技術(shù)服務(wù)將提供圓片級封裝技術(shù)(WLP)、微電子機械系統(tǒng)(MEMS)/微光電子機械系統(tǒng)(MOEMS)封裝、3-D集成等先進封裝/系統(tǒng)集成技術(shù)服務(wù),同時廣泛開展技術(shù)合作、技術(shù)孵化導(dǎo)入活動。可靠性分析測試服務(wù)將圍繞可靠性測試技術(shù)發(fā)展需求,開發(fā)具有自主知識產(chǎn)權(quán)、具有廣泛應(yīng)用前景的技術(shù)和產(chǎn)品,為自主知識產(chǎn)權(quán)高端芯片的設(shè)計制造項目提供技術(shù)支撐,為微電子企業(yè)提供集成電路測試、分析、驗證、老化篩選和完整的測試解決方案和咨詢服務(wù)。另外,我國封裝技術(shù)人才的嚴重短缺,成為制約集成電路封裝業(yè)進一步發(fā)展的瓶頸。依托平臺強大的封裝研發(fā)力量,充分發(fā)揮海內(nèi)外專業(yè)人才示范作用,盡快培養(yǎng)本土IC封裝人才群,為企業(yè)作好人才梯隊儲備。
平臺擁有一支以中青年人才為科技骨干的、擁有雄厚技術(shù)力量和戰(zhàn)斗力的技術(shù)團隊。平臺的運營目前是以中芯國際、UTAC、58研究所、天水華天科技、772研究所、香港科技大學(xué)和上海北京大學(xué)微電子研究院為技術(shù)依托,以國內(nèi)外知名封裝、微電子領(lǐng)域?qū)W者和資深專家為核心,主要核心科學(xué)家和技術(shù)專家包括有中國工程院院士、微電子技術(shù)專家許居衍,北京大學(xué)教授、中國科學(xué)院院士王陽元,香港科技大學(xué)教授、資深電子封裝專家、香港科大電子封裝實驗室主任、先進微系統(tǒng)封裝中心主任李世偉等。
另外,上海北京大學(xué)微電子研究院在平臺的技術(shù)和運營方面也有很多優(yōu)勢。我院依托北京大學(xué)擁有雄厚的人才資源和學(xué)科優(yōu)勢,在微電子產(chǎn)業(yè)戰(zhàn)略、基礎(chǔ)技術(shù)、關(guān)鍵技術(shù)、應(yīng)用開發(fā)四個層面上展開工作,同時在射頻電路、混合信號集成電路、EMI、納米尺度MOS器件、MEMS技術(shù)、高壓大功率器件與電路、高可靠性封裝測試技術(shù)等領(lǐng)域取得了一系列研究成果。研究院具有許多在微電子主要領(lǐng)域和研究方向的專家、教授、研究員、工程師,同時也招收培養(yǎng)了一批優(yōu)秀的研究生。他們在LED驅(qū)動芯片的設(shè)計與封裝、芯片級封裝、系統(tǒng)級封裝、三維立體封裝和可靠性封裝方面有很深入的研究,并取得了不少成果和專利。SIP封裝技術(shù)、三維立體封裝和可靠性封裝將成為北大上海微電子研究院重點發(fā)展的研究方向,這些技術(shù)基礎(chǔ)為封裝服務(wù)平臺的建設(shè)發(fā)展提供了可靠的保障。
記者:成立該平臺的背景是什么?它對行業(yè)有哪些積極作用?
程:隨著封裝技術(shù)不斷發(fā)展演變,IC設(shè)計公司對微型化、輕便化、多功能化、高集成化和高可靠性的需求越來越高,目前浦東新區(qū)現(xiàn)有封裝測試企業(yè)并不能滿足中小型IC企業(yè)的要求,該平臺可以使相關(guān)企業(yè)獲得服務(wù)便捷、形式靈活、成本合理的封裝測試服務(wù),有利于提高產(chǎn)品質(zhì)量,加快產(chǎn)品開發(fā)節(jié)奏,提高企業(yè)自身的競爭能力。
目前浦東已有100余家集成電路設(shè)計企業(yè),隨著近幾年出現(xiàn)的多項目晶圓(MPW)服務(wù)的開展,進一步地降低了IC設(shè)計開發(fā)的初期投入,也大大促進了集成電路設(shè)計行業(yè)的發(fā)展。但是,中小型IC設(shè)計企業(yè)在起步階段需要以QFP、BGA等形式封裝,封裝數(shù)量較小,很難獲得大型封測企業(yè)的服務(wù)支持,導(dǎo)致產(chǎn)品開發(fā)周期加長和成本提高等諸多問題。而隨著IC設(shè)計企業(yè)的成長,產(chǎn)品線的不斷擴展,需要的封裝品種也將不斷增加,一般的封裝企業(yè)不能提供有效的技術(shù)服務(wù)。因此小批量、多品種封裝必然成為集成電路產(chǎn)業(yè)鏈中迫切的需求。
另外,很多企業(yè)和研究機構(gòu)在對一些新型電路、高端產(chǎn)品和先進技術(shù)的探索、創(chuàng)新和研究上,需要有微小型、高密度、高頻、高溫、高壓、大功率、高可靠性的封裝技術(shù)來支持。而大型封測廠并不能針對這種高端的、專一的、小量的封裝服務(wù)需求給予有力的幫助,因而這些集成電路企業(yè)和研究機構(gòu)只能通過其它途徑尋求提供特殊需求服務(wù)的國外封測單位,這樣無形間帶來產(chǎn)品開發(fā)時間和成本的壓力。建設(shè)這樣的封裝服務(wù)平臺則可以有效的解決此類問題,為他們創(chuàng)造便利的條件。
記者:對于解決封裝行業(yè)存在的一些問題,國外有無類似的平臺?我們建立該平臺有無借鑒國外的一些經(jīng)驗?
程:世界半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)面臨波浪式發(fā)展,目前各大公司紛紛在我國建立后工序工廠及設(shè)計公司,摩托羅拉、英特爾、AMD、三星、ST、億恒、Amkor、日立、三菱、富士通、東芝、松下、三洋都在我國建有后工序工廠,飛利浦在江蘇、廣東新建兩個后工序工廠。面對蓬勃發(fā)展的IC封裝業(yè),無論技術(shù)怎樣發(fā)展,市場需求是產(chǎn)業(yè)發(fā)展原動力,既有規(guī)?;a(chǎn),又有市場變化對封裝要求加工批量小、節(jié)奏快、變數(shù)大的特點,市場競爭不只是求規(guī)模,更重要的是求強,大不一定就是強,所以通過國際半導(dǎo)體形勢的發(fā)展來看,封裝產(chǎn)業(yè)的發(fā)展模式及戰(zhàn)略十分值得重視與探討。
該平臺就是在總結(jié)了國內(nèi)外集成電路封裝產(chǎn)業(yè)存在的問題之后而建立的。目前國外和中國臺灣地區(qū)有企業(yè)從事類似業(yè)務(wù),但沒有類似在政府和行業(yè)協(xié)會支持下專門從事封裝技術(shù)支持的公共服務(wù)平臺。
記者:該平臺是只面向浦東還是面向全國?
程:面向全國。
記者:與一些大型封裝測試公司相比,該平臺有哪些優(yōu)勢?您認為它的前景怎樣?
答:隨著封裝技術(shù)不斷發(fā)展演變,IC設(shè)計公司提出了微型化、輕便化、多功能化、高集成化和高可靠性的需求,目前一些大型封裝公司并不能滿足中小型IC企業(yè)的要求,而該平臺的優(yōu)勢在于可以使相關(guān)企業(yè)獲得服務(wù)便捷、形式靈活、成本合理的封裝服務(wù),有利于提高產(chǎn)品質(zhì)量,加快產(chǎn)品開發(fā)節(jié)奏,例如為中小型IC設(shè)計/光電器件企業(yè)提供如下的服務(wù):晶圓凸點制備、芯片級植焊球、有機底版設(shè)計及加工、表面貼裝回流焊、BGA/FC/MCM封裝及組裝等。針對部分電子系統(tǒng)制造商的要求,開展特殊封裝的研發(fā)與服務(wù),主要包括:集成電力電子模塊封裝(IPEM)、大功率LED的封裝、MEMS封裝設(shè)計與服務(wù)等。為大學(xué)與科研機構(gòu)提供各種特殊封裝材料/形式的封裝、咨詢、培訓(xùn)、系統(tǒng)集成服務(wù),以及各種可靠性測試和分析服務(wù)。上述服務(wù)都是一些大型封裝測試公司無法做到的。所以該平臺的服務(wù)模式本身就是一種優(yōu)勢。
另外,我國目前擁有良好的產(chǎn)業(yè)政策環(huán)境,浦東地區(qū)具有雄厚的產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ),豐富的人才資源儲備和較好的技術(shù)基礎(chǔ),加上廣泛的市場需求和上海北京大學(xué)微電子研究院及其合作伙伴的技術(shù)和運營優(yōu)勢,該平臺有著非常廣闊的發(fā)展前景。
記者:成立這樣一個平臺,您一定也在這方面有非常深的了解,站在一個行業(yè)專家的角度,您對整個封裝業(yè)的現(xiàn)狀有哪些看法?
程:IC封裝測試業(yè)是IC產(chǎn)業(yè)鏈中的一個重要環(huán)節(jié)。一直以來,外資企業(yè)在中國IC封裝測試領(lǐng)域占據(jù)了優(yōu)勢,但內(nèi)資封裝測試企業(yè)蓬勃發(fā)展,中小企業(yè)不斷涌現(xiàn),內(nèi)資特別是民營企業(yè)的發(fā)展為IC封裝測試業(yè)增添了活力和希望。目前在長三角地區(qū),匯聚了江陰長電、南通富士通、安靠、優(yōu)特、威宇科技、上海紀元微科、上海華嶺等眾多大型微電子封裝測試企業(yè),在全國處于領(lǐng)先地位。西部地區(qū)封裝測試業(yè)包括天水華天科技也有較快的發(fā)展。另外,2007年10月,英特爾(成都)有限公司微處理器工廠順利運營并實現(xiàn)首枚多核處理器出口。同時,中芯國際(SMIC)、馬來西亞友尼森(Unisem)、美國芯源系統(tǒng)(MPS)等半導(dǎo)體封裝測試項目在成都相繼投產(chǎn),西部封裝測試廠的產(chǎn)能將會進一步釋放。
目前,國內(nèi)外資IDM型封裝測試企業(yè)主要為母公司服務(wù),OEM型封裝測試企業(yè)所接訂單多為中高端產(chǎn)品,而內(nèi)資封裝測試企業(yè)的產(chǎn)品已由DIP、SOP 等傳統(tǒng)低端產(chǎn)品向QFP、QFN、BGA、CSP等中高端產(chǎn)品發(fā)展。
綜觀目前國內(nèi)整個封裝業(yè)在對中小型集成電路設(shè)計企業(yè)的服務(wù)方面存在以下不足:
(1)國內(nèi)企業(yè)高端技術(shù)投資有限,產(chǎn)品多集中于中低端,難以在高端市場上取得突破;
(2)國內(nèi)先進封裝技術(shù)的實施幾乎完全依靠從國外引入;
(3)已有封裝企業(yè)對于處于起步階段的IC設(shè)計公司小批量封裝要求能提供的服務(wù)極少,不利于整個IC產(chǎn)業(yè)的發(fā)展;
(4)無法滿足小批量集成電路特殊封裝的需求。
(下轉(zhuǎn)第47頁)
記者:未來封測業(yè)的發(fā)展怎樣?該平臺的未來發(fā)展規(guī)劃是怎樣?
為打破幾十年來,國內(nèi)“硬件不做CPU,軟件不做操作系統(tǒng)”的現(xiàn)象,中國國家高技術(shù)智能計算機系統(tǒng)專家組日前以國家的行為通過各種方式聯(lián)合攻關(guān),這為新世紀的軟件與集成電路產(chǎn)業(yè)大發(fā)展吹響了世紀的號角。
中國科技大學(xué)的金西老師,獲邀參加了中國國家高技術(shù)智能計算機系統(tǒng)(863-306)專家組主辦的第一屆中國自由軟件發(fā)展戰(zhàn)略研討會,并作了演講。現(xiàn)在我們將其在會議演講文稿及通過各種渠道了解到的發(fā)展動態(tài)綜述出來,答謝讀者多年來對我刊的支持與厚愛,同時衷心祝賀我國的軟件與集成電路產(chǎn)業(yè)在新世紀蒸蒸日上。
1國家鼓勵的主要產(chǎn)業(yè)政策
國家鼓勵的有關(guān)軟件產(chǎn)業(yè)和集成電路產(chǎn)業(yè)的主要產(chǎn)業(yè)政策如下:
第十條支持開發(fā)重大共性軟件和基礎(chǔ)軟件。國家科技經(jīng)費重點支持具有基礎(chǔ)性、戰(zhàn)略性、前瞻性和重大關(guān)鍵共性軟件技術(shù)的研究與開發(fā),主要包括操作系統(tǒng)、大型數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)平臺、開發(fā)平臺、信息安全、嵌入式系統(tǒng)、大型應(yīng)用軟件等基礎(chǔ)軟件和共性軟件。屬于國家支持的上述軟件研究開發(fā)項目,應(yīng)以企業(yè)為主,產(chǎn)學(xué)研相結(jié)合,通過公開招標方式,擇優(yōu)選定項目承擔(dān)者。
第十一條支持國內(nèi)企業(yè)、科研院所、高等學(xué)校與外國企業(yè)聯(lián)合設(shè)立研究與開發(fā)中心。
第四十二條符合下列條件之一的集成電路生產(chǎn)企業(yè),按鼓勵外商對能源、交通投資的稅收優(yōu)惠政策執(zhí)行。
(一)投資額超過80億元人民幣;
(二)集成電路線寬小于0.25μm的。
2軟件產(chǎn)業(yè)
2.1我國軟件業(yè)現(xiàn)狀
進入21世紀,信息技術(shù)將滲透到經(jīng)濟建設(shè)和社會生活的各個方面,軟件將會成為突出體現(xiàn)一個國家經(jīng)濟優(yōu)勢的產(chǎn)業(yè)。我國軟件業(yè)在1990年軟件的銷售額僅為2.2億元人民幣,1999年中國軟件市場總銷售額增加到176元億人民幣,增長79倍,每年的發(fā)展速度都在20%以上;2000年中國軟件市場的銷售額約225億元人民幣左右,較1999年增長27.8%。軟件產(chǎn)業(yè)做為支柱產(chǎn)業(yè)的形象越來越明顯。
2.2我國軟件業(yè)與印度軟件業(yè)的差距
我國軟件業(yè)的發(fā)展和國外軟件業(yè)相比還有很大的差距,獨立自主開發(fā)的軟件所占比例還很小。早在1998年的統(tǒng)計資料就表明軟件產(chǎn)品市場銷售額為138億元人民幣,約占當(dāng)年世界軟件市場份額的1%;軟件產(chǎn)品出口約為6500萬美元,而同期印度的軟件出口額已達到26.5億美元,約是我國的40倍。2000年印度軟件產(chǎn)業(yè)銷售額達57億美元左右,出口達39億美元,這比我國2000年銷售總額要多40%左右。
2.3我國政府對軟件產(chǎn)業(yè)的態(tài)度
軟件業(yè)已成為衡量一個國家綜合國力的標志之一。軟件產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展對各國保持經(jīng)濟穩(wěn)定、持續(xù)發(fā)展起到了關(guān)鍵作用。在發(fā)達國家,軟件業(yè)已超過鋼鐵、汽車和石油等傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)成為國民經(jīng)濟的重要支柱;而在中國信息產(chǎn)業(yè)中,軟件市場尚不及硬件的20%,軟件產(chǎn)業(yè)發(fā)展的滯后已經(jīng)引起我國政府和有志之士的高度重視。
科技部副部長徐冠華談到,90年代以來,信息技術(shù)及其產(chǎn)業(yè)發(fā)展令人目不暇接,國際信息產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)正在進行戰(zhàn)略調(diào)整。由以硬件為主導(dǎo)向以軟件為主導(dǎo)過渡,軟件的重要性日益顯著。在軟件產(chǎn)業(yè)方面,正在發(fā)生著由銷售導(dǎo)向向服務(wù)導(dǎo)向轉(zhuǎn)變。以Linus為代表的共享軟件的出現(xiàn),促使軟件由壟斷封閉型開發(fā),向社會開放型的開發(fā)方向演化,這代表已在網(wǎng)絡(luò)上合作進行研發(fā)的新趨勢。這種趨勢迫切要求不甘落后的國家,必須盡快形成自己的軟件開發(fā)實力,壯大自己的軟件產(chǎn)業(yè),在未來經(jīng)濟和產(chǎn)業(yè)之林中占有一席之地。軟件園在國家整個軟件產(chǎn)業(yè)發(fā)展中的核心作用、牽引作用和示范作用都已得到體現(xiàn),軟件園的建設(shè)發(fā)展,已成為當(dāng)?shù)亻_拓新經(jīng)濟增長點的重要方向,集中發(fā)展是實現(xiàn)軟件產(chǎn)業(yè)能夠快速發(fā)展的戰(zhàn)略選擇。
軟件產(chǎn)業(yè)是以智力和人力為主要經(jīng)營資源,以知識和信息為經(jīng)營載體,以創(chuàng)新為主要經(jīng)營特色的知識、智力密集型產(chǎn)業(yè),是典型的知識產(chǎn)業(yè),是知識經(jīng)濟的核心。信息產(chǎn)業(yè)部副部長曲維枝指出,軟件產(chǎn)業(yè)有以下兩個顯著的特點:
(1)軟件產(chǎn)業(yè)以人才為本,高素質(zhì)、高水平、穩(wěn)定的軟件技術(shù)人才隊伍是產(chǎn)業(yè)發(fā)展的必要條件。
(2)軟件產(chǎn)業(yè)以創(chuàng)新為主要發(fā)展動力,必須在技術(shù)、產(chǎn)品、市場和管理的不斷創(chuàng)新中取得發(fā)展。
曲副部長還指出:我國政府應(yīng)從以下幾方面著手,為軟件產(chǎn)業(yè)營造良好的政策和經(jīng)濟環(huán)境:
(1)盡快制定配套的軟件產(chǎn)業(yè)政策,推動我國軟件產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展。
(2)通過設(shè)立軟件專項基金等措施啟動市場,推動軟件產(chǎn)業(yè)發(fā)展。
(3)重視對軟件的產(chǎn)業(yè)化、軟件人才隊伍的穩(wěn)定和培養(yǎng)。
(4)強化行業(yè)管理、嚴格質(zhì)量控制。要在系統(tǒng)集成商與軟件開發(fā)商中大力推廣ISO9000和CMM認證及軟件企業(yè)的資質(zhì)認證,以及對系統(tǒng)集成工程要實行工程監(jiān)理制度。
(5)開展國際合作,開拓國際市場。
3CMM模型
3.1CMM的由來
軟件是知識產(chǎn)品,是人類智慧的結(jié)晶,軟件系統(tǒng)的復(fù)雜程度也是超乎想象,不同于一般的生產(chǎn)過程。美國卡內(nèi)基·梅隆大學(xué)軟件工程研究所(CMN/SE)受美國國防部的委托,開發(fā)了軟件能力成熟度模型(CMM),為軟件工程過程管理和實施開辟了一條新的途徑。CMM主要用于評估和改進軟件企業(yè)中的以軟件能力為標志的軟件活動。它能幫助軟件企業(yè)改進和優(yōu)化管理,在提高軟件開發(fā)水平和效率的同時提高產(chǎn)品的質(zhì)量和可靠性,實現(xiàn)軟件生產(chǎn)工程化。根據(jù)軟件生產(chǎn)的歷史和現(xiàn)狀,CMM框架用5個不斷進貨的層次來表達軟件組織活動的行為特征及相應(yīng)問題,其中初始層是混沌的過程;可重復(fù)層是經(jīng)過訓(xùn)練的軟件過程;定義層是標準一致的軟件過程;管理層是可預(yù)測的軟件過程;優(yōu)化層是能持續(xù)改善的軟件過程。在CMM框架的不同層次中,需要解決具有相應(yīng)層次特征的軟件過程問題。因此,一個軟件組織首先需要了解自己處于哪一個層次,然后才能針對該層次的行為特征解決相關(guān)問題。任何軟件組織致力于軟件過程改善時,只能是循序漸近地向相鄰的上一層進化;而且向更成熟層次進化時,原有層次中那些已具備的能力還應(yīng)該保持和發(fā)揚。
3.2CMM的國際地位
CMM已得到了國際上普遍的認可,并對計算機軟件行業(yè)產(chǎn)生了深遠的影響,它可以通過對軟件組織軟件能力的評價、軟件過程的評估及改進,提高開發(fā)軟件產(chǎn)品的能力和質(zhì)量,是我國軟件企業(yè)走向世界迅速發(fā)展的必由之路。我國軟件業(yè)和印度相比出口額差別很大,其中原因很多,就企業(yè)自身管理而言,我們比印度差得更多。從行業(yè)本身角度來看,印度軟件行業(yè)導(dǎo)入CMM模型是其成功的重要因素。目前,全球已有72家企業(yè)通過了CMM4級和5級評估,其中印度就有24家,通過CMM模式的管理,印度大幅度提高了其軟件開發(fā)能力及軟件產(chǎn)品的質(zhì)量,保證了向美國和歐洲軟件出口的高速增長。與此相比,我國軟件企業(yè)2000年前只有北京鼎新公司通過CMM2級認證。
我國的軟件開發(fā)整體水平是印度十年前的水平,軟件生產(chǎn)方式普遍是手工作坊的軟件生產(chǎn)過程,處于有章不循和無章可循的混沌狀態(tài)。外部環(huán)境的改善、政府的支持和保護、資金問題的改善,給軟件業(yè)的發(fā)展提供了一個良好的發(fā)展平臺;但外因是要通過內(nèi)因來起作用的,在我們抱怨資金缺乏、不堪稅賦、人才流失等問題時,應(yīng)該好好的反思軟件企業(yè)的自身問題,用CMM作為一面鏡子去發(fā)現(xiàn)、查找、評估企業(yè)在軟件生產(chǎn)過程中的問題,我們?nèi)狈Φ氖强茖W(xué)化、系統(tǒng)化、規(guī)范化的管理,也就是突破CMM2級的問題。實施CMM是軟件企業(yè)加強自身管理,提高素質(zhì),擺脫困境的必經(jīng)之路,是軟件業(yè)與國際接軌的重要舉措。
3.3中國的CMM認證
令人欣慰的是,在這次2000年中國自由軟件發(fā)展及應(yīng)用戰(zhàn)略研討會上,摩托羅拉中國軟件中心的經(jīng)理在演講中公布,摩托羅拉中國軟件中心是中國大陸第一個基于“軟件能力成熟模型”(CMM)開展其業(yè)務(wù)的軟件開發(fā)機構(gòu)。CMM由五級組成,第一級為最低,第五級代表最高水平。目前,大部分軟件組織通過的認證屬于一級或二級。摩托羅拉中國軟件中心已于2000年9月通過了頂級(五級)評估,成為中國首家達到頂級的軟件企業(yè),也使中國成為繼美國、印度之后第三個擁有頂級企業(yè)的國家。那位經(jīng)理特別強調(diào)整個摩托羅拉中國軟件中心完全是由中國人組成,中國人也能做到CMM頂級。
會上,有不少軟件開發(fā)商質(zhì)詢摩托羅拉中國軟件中心說,CMM2級認證過程需百萬美金以上費用,有沒有這個必要嗎?摩托羅拉中國軟件中心用一組數(shù)據(jù)展示其在向爭取高級別認證過程中的大幅提高效率作了肯定的答復(fù),也就說明了,隨著項目復(fù)雜度的日益增加,“軟件能力成熟模型”已經(jīng)成為及時和高品質(zhì)軟件產(chǎn)品的保障,是企業(yè)競爭力提高的象征。摩托羅拉中國軟件中心不僅在公司內(nèi)部使用“能力成熟模型”,而且積極倡導(dǎo)并推廣該模型的應(yīng)用,同時為國內(nèi)外其他軟件組織提供軟件工程方面的咨詢服務(wù)。
CMM的思想、原理、工具、方法無疑對我國軟件產(chǎn)業(yè)的加速發(fā)展起到巨大的推動作用,它必將對我國軟件產(chǎn)業(yè)的評估、認證、引導(dǎo)以及軟件企業(yè)內(nèi)部的優(yōu)化與發(fā)展產(chǎn)生深遠的影響。
4集成電路產(chǎn)業(yè)
4.1 集成電路制造技術(shù)已推進到深亞微米領(lǐng)域
集成電路制造技術(shù)進入深亞微米領(lǐng)域的發(fā)展趨勢主要有:
1.
加工微細化
微細化的關(guān)鍵是光刻。據(jù)研究,光學(xué)光刻的極限是0.12μm。通過開發(fā)短波長光源、大數(shù)值孔徑鏡頭、變形照明、移相掩膜以及先進的抗蝕劑工藝技術(shù)等已將光學(xué)光刻推進到實用線寬0.25μm,可滿足256M DRAM制造的需要。日立公司已用這些技術(shù)實現(xiàn)了0.13μm的線寬。
2.硅片大直徑化
芯片尺寸隨著集成度提高而增大,使圓片能分割的芯片數(shù)減少,導(dǎo)致成本增大。世界各大IC廠商集團經(jīng)討論決定將新世紀第一個主流硅片直徑定為12英寸。
3.加工環(huán)境、設(shè)備及材料超凈化
隨著加工微細化、超凈要求越來越高,如線寬為0.25μm時,要求硅片缺陷尺寸小于0.05μm,工藝氣體>0.02μm的雜質(zhì)每立方英尺少于1個,對生產(chǎn)環(huán)境、設(shè)備以及各種氣體、化學(xué)品、原材料等的塵粒及雜質(zhì)都有嚴格的限制。
4.生產(chǎn)線自動化、柔性化
加工的復(fù)雜性、精度和凈化的要求不斷提高,生產(chǎn)線自動化。
4.2 新材料、新器件研究
除了Si和GaAs、InP等Ⅲ-Ⅴ族化合物半導(dǎo)體器件之外,近年來SiGe、SiC和金剛石材料及器件的研究取得了較大進展。
SiGe IC在高速、高頻、低噪聲、低電壓工作等許多方面其特性比GaAs IC更優(yōu)越,而且成本低、對環(huán)境污染小。特別是與Si工藝兼容,可沿用成熟的Si工藝技術(shù)和設(shè)備。目前SiGe IC技術(shù)已逐步從實驗室走向商品生產(chǎn)。IBM已建立了SiGe IC制造線,1994年中已可商品生產(chǎn)。IBM已采用0.25μmBiCMOSSiGe工藝和HBT工藝進行IC設(shè)計。據(jù)報道SiGe器件能在高達125GHz的頻率下工作。而且還可用于制作太陽能電池及其它光電子器件。Analog Devices公司已可提供1GHz 12位D/A轉(zhuǎn)換器,據(jù)說其功耗僅為GaAs IC的1/4。SiGe技術(shù)將擴大市場,并經(jīng)濟地滿足日益增長的高性能應(yīng)用的要求。
SiC的材料性質(zhì)使它適于制作高頻、高功率、耐高溫、抗輻射的器件,并可制作發(fā)光器件。近年來在材料和器件研制方面都取得了較大進展,已對SiC的MOSFET、MESFET、JFET(結(jié)型)以及雙極晶體管進行了實驗研究,并取得了一定進展,但目前還在進行實用化研究,在SiC襯底及外延層質(zhì)量、肖特基接觸、低阻歐姆接觸、刻蝕技術(shù)及SiC/SiO2界面等器件制造工藝方面都還需做大量實用化工作。
作為Si器件后的新型晶體管的研究也在廣泛地進行,如量子器件、超導(dǎo)晶體管、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)器件、單電子器件、塑料晶體管及柔韌型晶體管等等。
4.3國內(nèi)集成電路設(shè)計與投片
國內(nèi)通過引進、吸收,已經(jīng)有了可以投產(chǎn)0.35μm甚至0.25μm線寬的集成電路工藝線,正在建設(shè)中還有更小線寬的工藝線。集成電路設(shè)計水平也在不斷提高,已具有幾百萬門級集成電路的前端設(shè)計能力。相信通過類似像CPU一類大型集成電路設(shè)計、投片試制,將對我國微電子事業(yè)起到實質(zhì)性推動作用。
5信息家電的發(fā)展與動態(tài)
目前,最有量產(chǎn)效益和時代特征的信息產(chǎn)品應(yīng)是與Internet上有關(guān)的信息家電(Information Appliance),如Web可視電話、Web游戲機、Web PDA、WAP手機、STB(機頂盒)、DVD播放機、電子閱讀機等。
5.1信息家電的定義
在因特網(wǎng)的迅猛發(fā)展下,加上集成電路芯片制造能力的快速提高以及嵌入式軟件的應(yīng)用,一些產(chǎn)品的形態(tài)變得更加輕薄短小、簡單易用且價格低廉,我們稱這些產(chǎn)品為信息家電(Information Appliance,IA)。一般可認為,那些低單價、操作簡單、可通過因特網(wǎng)發(fā)送或獲取信息,將逐步分割或替代PC的某些功能,并能與其它信息產(chǎn)品交換資料或訊息的產(chǎn)品可統(tǒng)稱為IA。
5.2信息家電的分類
IA產(chǎn)品按類型可大致分為:
(1)網(wǎng)絡(luò)電視(NetTV)。(2)網(wǎng)上游戲機(Internet gaming device)。(3)智能掌上型設(shè)備(Internet smart handheld device)。(4)網(wǎng)絡(luò)電話(Internet screen Phone)。(5)Consumer NC client等。
因此,綜合市場上對于IA產(chǎn)品的認知條件與需求要素來看,IA產(chǎn)品具下列4點特性:
(1) 處理器發(fā)展趨向低成本、高整合性與低耗能。
(2) 整合數(shù)字與模擬處理的技術(shù)。
(3) 較PC更強調(diào)通訊能力。
(4) 利用軟件增加產(chǎn)品的差異性(高附加價值的關(guān)鍵)。
5.3我國IA產(chǎn)品的應(yīng)用情況
據(jù)計算機與微電子發(fā)展研究中心市場信息中心(CCID—MIC)分析和預(yù)測,到2003年我國有4723萬人需要不通過計算機而實現(xiàn)聯(lián)網(wǎng),嵌入式操作系統(tǒng)作為信息家電的核心,僅機頂盒一種產(chǎn)品的市場容量就達2000萬臺,市場估值達到40億元。其它家電如VCD、電冰箱、洗衣機、微波爐等,如果都實現(xiàn)信息化,嵌入式操作系統(tǒng)每年將帶來上百億元的收入。
CNNIC最新統(tǒng)計我國上網(wǎng)人數(shù)1680萬,每半年可增長100%,2000年底將達到3000萬,可能超過日本,成為僅次于美國的國家。目前,機頂盒(Set-Top Box)是最接近家電的IA產(chǎn)品,從增加電視遙控選臺功能,到配備MPEG解壓縮功能、數(shù)字加密功能,未來可能整合在數(shù)碼電視中,很可能成為家庭信息、娛樂中樞。
目前,國內(nèi)有很多IA的開發(fā)廠商正加大投入、開發(fā)和研制新產(chǎn)品,特別是一些外資大公司積極和國內(nèi)電器方面的大公司合作推出很具竟?fàn)幜Φ腎A產(chǎn)品。
5.4嵌入式Linux在IA上的應(yīng)用開發(fā)前景
(1) 與硬件芯片的緊密結(jié)合
新世紀的智能設(shè)備已經(jīng)逐漸地模糊了硬件與軟件的界限,SOC系統(tǒng)(System On Chip)的發(fā)展就是這種軟硬件無縫結(jié)合趨勢的明證。隨著處理器片內(nèi)微碼的發(fā)展,在將來可能出現(xiàn)在處理器片內(nèi)嵌進操作系統(tǒng)的代碼模塊。
嵌入式Linux的一大特點是:與硬件芯片(如SOC等)的緊密結(jié)合。它不是一個純軟件的Linux系統(tǒng),而比一般操作系統(tǒng)更加接近于硬件。嵌入式Linux的進一步發(fā)展,逐步地具備了嵌入式RTOS的一切特征:實時性、與嵌入式處理器的緊密結(jié)合。
(2)開放的源代碼
嵌入式Linux的另一大特點是:代碼的開放性。代碼的開放性是與后PC時代的智能設(shè)備的多樣性是相適應(yīng)的。代碼的開放性主要體現(xiàn)在源代碼可獲得上,Linux代碼開發(fā)就像是“集市式”開發(fā),任意選擇并按自己的意愿整合出新的產(chǎn)品。
對于嵌入式Linux,事實上是把BIOS層的功能實現(xiàn)在Linux的driver層。目前,在Linux領(lǐng)域,已經(jīng)出現(xiàn)了專門為Linux操作系統(tǒng)定制的自由軟件的BIOS代碼,并在多款主板上實現(xiàn)此類的BIOS層功能。
嵌入式Linux技術(shù)的普及發(fā)展,為國內(nèi)單片機工程師在軟件功能方面提供了極大的支持,為軟件引入了TCP/IP網(wǎng)絡(luò)特性,引入了軟件操作系統(tǒng)的健壯性,這都極大增加了系統(tǒng)的功能和極大提高了系統(tǒng)的性能。
(3) 嵌入式Linux與硬件芯片的緊密結(jié)合
對于許多信息家電的應(yīng)用來說,嵌入的性能指標是最難滿足的,只有靠提高芯片的集成度與裝配密度來解決。
嵌入式Linux與標準Linux的一個重要區(qū)別是嵌入式Linux與硬件芯片的緊密結(jié)合。這是一個不可逾越的難點,也是嵌入式Linux技術(shù)的關(guān)鍵之處。嵌入式Linux和商用專用RTOS一樣,需要編寫B(tài)SP(Board Support Package),這相當(dāng)于編寫PC機的BIOS。這不僅僅是嵌入式Linux的難點,也是使用商用專用RTOS開發(fā)的難點。硬件芯片(SOC芯片或者是嵌入式處理器)的多樣性也決定了代碼開放的嵌入式Linux的成功。信息家電的發(fā)展,必然導(dǎo)致軟硬件無縫結(jié)合趨勢,逐漸地模糊了硬件與軟件的界限,在將來可能出現(xiàn)SOC片內(nèi)的操作系統(tǒng)代碼模塊。
隨著處理器片內(nèi)微碼的發(fā)展,在將來應(yīng)出現(xiàn)在處理器片內(nèi)嵌進操作系統(tǒng)的代碼模塊,很顯然模塊將具有安全性好、健壯性強、代碼執(zhí)行效率高等特點。著眼于未來的信息家電等智能設(shè)備的發(fā)展,我們基于對嵌入式Linux技術(shù)的深入研究,更重要的是對嵌入式處理器以及SOC系統(tǒng)的深刻理解和研究,發(fā)揮對EDA技術(shù)的深入研究,以及對模擬數(shù)字混合集成電路芯片的深入研究,正在對SOC片內(nèi)進行嵌入式Linux操作系統(tǒng)代碼的植入研究。此類的研究有可能減輕系統(tǒng)開發(fā)者對BSP開發(fā)的難度要求,并使得嵌入式Linux能夠成為普及的嵌入式操作系統(tǒng),而大大提高嵌入式Linux的易用性,大大提高其開發(fā)出的高智能設(shè)備的安全性、穩(wěn)定性,同時也大大提高智能設(shè)備的計算能力、處理能力。
(4)解決好軟件開發(fā)問題
目前,中國眾多的家電廠商以制造業(yè)為主,當(dāng)投身IA領(lǐng)域之際,首先面臨了不擅長的軟件開發(fā)工作,找到容量小、穩(wěn)定性高且易于開發(fā)的操作系統(tǒng)對于大家至關(guān)重要,嵌入式Linux核心則扮演了一個很好的橋梁的角色,這是一個跨平臺的操作系統(tǒng), 到目前為止,它可以支持二三十種CPU,眾多家電業(yè)的芯片都開始做嵌入式Linux的平臺移植工作,在網(wǎng)絡(luò)方面一般要支持TCP/IP和標準的以太網(wǎng)協(xié)議,支持標準的X-Window和中文輸入。建議開發(fā)商選擇一個成熟的方案提供商,從而達到降低開發(fā)平臺門檻的目的。眾多的開發(fā)商在成熟的開發(fā)平臺上可以較為容易加入用戶的應(yīng)用程序,形成個性化、系列化的應(yīng)用產(chǎn)品。
(5)自身開發(fā)實力的評估
我們認為主要應(yīng)從以下幾個方面考慮:
有沒有技術(shù)積累優(yōu)勢?有沒有將待開發(fā)IA產(chǎn)品有關(guān)領(lǐng)域的整合能力?產(chǎn)品有沒有可重用性、模塊化?有沒有成系列化的可能?有沒有市場和售后服務(wù)保證?最終用戶群的拓展范圍有多大?
解決好這些問題后,關(guān)鍵就是開發(fā)人才梯隊的建設(shè),資金融入等運營管理問題。
【關(guān)鍵詞】區(qū)域化 芯片 融合
一、芯片的發(fā)展
386/486微機系統(tǒng)使用的控制芯片組,早期的386微機中采用的控制芯片組是82C30系列。82C30芯片組采用了六片結(jié)構(gòu),再加上一片外設(shè)控制芯片構(gòu)成完整的386微機控制系統(tǒng)。82C30芯片組單片芯片的集成度小,功能差,是C&T公司的早期產(chǎn)品,但是它的某些基本功能,至今仍然在使用。目前使用的大規(guī)模集成的芯片組,常常是把多個芯片的功能集成在一兩片芯片中并增加了一些新的功能。除了82C30系列外,典型的386控制芯片組還有OPTI公司的WB386PC/AT芯片組。486處理器把協(xié)處理器集成到CPU內(nèi)部(即FPU),控制芯片組的局部性能有小的調(diào)整而已。常見的486控制芯片組如:FRX46C401FRX46C402;HT321HT342;M1489M1487;82C40682C496等。486控制芯片組大多為兩片結(jié)構(gòu),即由系統(tǒng)控制器和數(shù)據(jù)緩沖控制器組成586時代以后,隨著控制芯片技術(shù)的發(fā)展,主板逐漸顯露出我們現(xiàn)在主板的雛形,這時候,包括Intel和威盛等主要芯片廠家也開始走上歷史舞臺。
總體而言,每一代的芯片制作其前一代產(chǎn)品相比,都著重改進了系統(tǒng)的可靠性;并進一步提高了集成度,采用了隱形性的區(qū)域化制作結(jié)構(gòu);在性能上有所提高。芯片的發(fā)展方向是越來越質(zhì)量輕體積小性能越來越多,越來越高,這也整體符合區(qū)域化芯片的研究與發(fā)展方向。區(qū)域化芯片就是將笨重的芯片大佬,改制成及多種功能與一體的小精靈。
二、芯片的不同功能
(1)IC。就是集成電路,泛指所有的電子元器件,是在硅板上集合多種電子元器件實現(xiàn)某種特定功能的電路模塊。它是電子設(shè)備中最重要的部分,承擔(dān)著運算和存儲的功能。
(2)芯片組。芯片組(Chipset)是主板的核心組成部分,按照在主板上的排列位置的不同,通常分為北橋芯片和南橋芯片。北橋芯片提供對CPU的類型和主頻內(nèi)存的類型和最大容量ISA/PCI/AGP插槽ECC糾錯等支持。南橋芯片則提供對鍵盤控制器、實時時鐘控制器、通用串行總、數(shù)據(jù)傳輸方式和高級能源管理等的支持。其中北橋芯片起著主導(dǎo)性的作用,也稱為主橋(Host Bridge)。
以上兩大類型的芯片,是現(xiàn)代經(jīng)濟發(fā)展所不可缺少的必要硬件條件。但是當(dāng)前兩大類別的聯(lián)系并不是很多,至此可見區(qū)域化芯片對于此狀況的打破的至關(guān)重要作用。如果在單獨提升各自獨立性能的基礎(chǔ)上,在一個芯片上的不同區(qū)域內(nèi),分別置入如發(fā)聲、發(fā)光、散熱、語音識別、讀入和輸出等功能,在經(jīng)過一定技術(shù)的檢測與改進,那么區(qū)域化后的整體芯片將是一個集多種功能于一體的小精靈。這種強勢芯片的出現(xiàn),必將打破當(dāng)前科技產(chǎn)業(yè)的變革,可能會帶來科技產(chǎn)業(yè)的另一番景象,促進當(dāng)前經(jīng)濟的進一步發(fā)展。
三、區(qū)域化芯片的應(yīng)用
區(qū)域化芯片即將一塊芯片劃分成若干的小區(qū)域,在各自的小區(qū)域內(nèi)進行不同技術(shù)的改進,達到各自的最優(yōu)程度,再通過一定的技術(shù)支持進行芯片測試和整合,實現(xiàn)最終的整體最優(yōu)化效益。區(qū)域化成功后的芯片可以大大縮短數(shù)據(jù)的傳輸距離并提升計算任務(wù)的處理速度。此外,由于這種設(shè)計減少了電腦制造商需要購買的組件數(shù)量,因此生產(chǎn)成本會降低,電腦的尺寸也可以變得更小。整合帶來的好處至少有兩個方面主板性能大增,在一些處理數(shù)據(jù)很繁雜的芯片區(qū)域同時兼有電壓溫度和其他一些方面的檢測功能后,主板結(jié)構(gòu)迅速簡化可靠性也隨之提在安裝維護方面助益不少;在南橋芯片控制區(qū)域內(nèi)增添一定的輔助功能,可以在一定程度上提升芯片的處理性能,即額外效益及數(shù)據(jù)機功能可大幅降低整體系統(tǒng)的成本,同時大部分功能的整合大大減少了芯片的使用數(shù)量,節(jié)約資源也減輕了負重。
對于如何應(yīng)用好區(qū)域化芯片這項技術(shù),應(yīng)確實落實一下幾點:
(1)實施積極的財政、稅收、融資政策。遵照市場經(jīng)濟和集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展的規(guī)律,在國務(wù)院18號文件的基礎(chǔ)上,制定更為優(yōu)惠的、可操作的產(chǎn)業(yè)政策,加快制定《芯片產(chǎn)業(yè)發(fā)展促進條例》;將集成電路專用設(shè)備、儀器和材料納入政策扶持范疇;制定和實施知識產(chǎn)權(quán)和標準戰(zhàn)略;制定相應(yīng)的政策和措施,鼓勵符合相關(guān)條件的中小集成電路設(shè)計企業(yè)優(yōu)先在創(chuàng)業(yè)板塊上市;通過設(shè)立引導(dǎo)資金、資本金注入、融資信貸、減免征收交易稅等方式,對企業(yè)聯(lián)合重組給予支持,推動優(yōu)勢資源整合。
(2)采取切實措施,做好區(qū)域化芯片的推廣應(yīng)用工作。設(shè)立專項資金,建立整機企業(yè)和芯片企業(yè)在研發(fā)階段互動機制;設(shè)立風(fēng)險擔(dān)?;?,對國產(chǎn)芯片的首購給與擔(dān)保,逐步建立整機企業(yè)對國產(chǎn)芯片的認知度和信任度;加強政府采購支持力度,在金融卡、交通卡、社???、醫(yī)療卡等領(lǐng)域,各級政府應(yīng)優(yōu)先采購國產(chǎn)集成電路產(chǎn)品。
(3)加大資金支持力度,做好標準引領(lǐng)工作。利用好核心電子器件、高端通用芯片及基礎(chǔ)軟件等重大專項、集成電路研發(fā)專項等政府基金項目,堅持“扶優(yōu)、扶強、扶大”的原則,以企業(yè)為主體、市場為導(dǎo)向、產(chǎn)學(xué)研結(jié)合,鼓勵和支持企業(yè)突破核心技術(shù),推進科技成果產(chǎn)業(yè)化,拓展產(chǎn)品應(yīng)用領(lǐng)域;突破現(xiàn)有管理體制的障礙,吸收國家組織開發(fā)二代身份證的成功經(jīng)驗,組織新的國家級工程,帶動一個完整芯片產(chǎn)品鏈條的發(fā)展。
四、區(qū)域芯片的發(fā)展前景和研究效益
英特爾第8座晶圓廠落戶中國,體現(xiàn)了IT產(chǎn)業(yè)的這一發(fā)展趨勢,也是英特爾順應(yīng)潮流,就中國市場而言,憑借著市場需求巨大、低成本生產(chǎn)要素 勞動力、土地、智力資源等,以及具備相當(dāng)實力的產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)和生產(chǎn)能力等綜合成本優(yōu)勢,獲得了承接跨國公司產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移的有利地位。
中國經(jīng)濟和信息產(chǎn)業(yè)的飛速發(fā)展也使得跨國公司開始重新評估中國市場的價值,中國對其來說已經(jīng)不僅僅是一個銷售市場的概念,芯片產(chǎn)品的顯著特征是它的滲透性和增值性,它滲透到一切信息系統(tǒng)產(chǎn)品之中并應(yīng)用到國民經(jīng)濟的所有部門,增強了信息系統(tǒng)產(chǎn)品的功能,節(jié)約了能源,保護了環(huán)境,增加了應(yīng)用領(lǐng)域的技術(shù)含量,提升了產(chǎn)品的附加值,提高了國民經(jīng)濟各領(lǐng)域的勞動生產(chǎn)率,從而帶來經(jīng)濟的增值。
現(xiàn)代經(jīng)濟發(fā)展的數(shù)據(jù)表明,每1~2元集成電路產(chǎn)值能帶動10元左右電子信息產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值,進而帶動100元左右的GDP增長。目前,信息產(chǎn)業(yè)已成為世界大產(chǎn)業(yè),也是我國的第一大產(chǎn)業(yè)。發(fā)達國家信息產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值已占到國民經(jīng)濟總產(chǎn)值的40%~60%,國民經(jīng)濟總產(chǎn)值增長部分的65%與集成電路有關(guān)。以現(xiàn)代汽車工業(yè)為例,汽車90%以上的革新來源于汽車電子,其關(guān)鍵技是集成電路、半導(dǎo)體器件的大量應(yīng)用集成電路產(chǎn)品是現(xiàn)代軍事裝備和武器系統(tǒng)的核心器件,一個國家如果自己不能提供關(guān)鍵的軍用集成電路芯片,就會在軍事上受制于人,就會在現(xiàn)代戰(zhàn)爭中處于被動挨打的地位。誰擁有了當(dāng)今世界最先進的集成電路技術(shù),誰就擁有最先進的武器及軍事系統(tǒng),就能在軍事斗爭中處于有利位置。
市場調(diào)查表明了,當(dāng)代經(jīng)濟、科技等很多方面的發(fā)展得依靠高新科技的發(fā)展,當(dāng)然芯片的發(fā)展是最基礎(chǔ)、是最重要的支撐。就近幾年來看,小小芯片不僅可以帶動萬億元的產(chǎn)業(yè)規(guī)模,而且關(guān)系到整個國家的工業(yè)安全。我國的芯片產(chǎn)業(yè)在最近十年里發(fā)展迅猛,但產(chǎn)品依然90%依賴進口,每年進口額超過石油的事實讓人憂心。在信息業(yè)日新月異的今天,這一戰(zhàn)略性產(chǎn)業(yè)背負怎樣的沉重包袱?該如何在競爭激烈的世界格局中“突出重圍”,實現(xiàn)彎道超越?這是區(qū)域化芯片研究與發(fā)展的必要性就表現(xiàn)得毋庸置疑了。
從酷睿處理器首次將CPU與GPU兩顆芯片封裝在同一塊處理器可以看到,芯片整合應(yīng)該是今后的技術(shù)發(fā)展的一個必然的趨勢,高速的QPI總線將兩顆芯片互連以提高計算效率。32nm的Westmere架構(gòu)極大地提升了顯示核心(HDGraphics)的3D性能,使其擁有完全具備匹敵入門級獨立顯卡的性能,而功耗更低、平臺架構(gòu)更為簡潔,此舉不僅可以顯著降低平臺購買成本,也令高性能MiniHTPC的搭建成為現(xiàn)實更節(jié)能的處理器構(gòu)架。這已經(jīng)表明區(qū)域化芯片的研究是要一定的技術(shù)基礎(chǔ)的,又在當(dāng)前芯片業(yè)亟待改變的情境下,區(qū)域化芯片的研究與推廣看來是勢在必行了。
五、結(jié)語
在當(dāng)前芯片乃至科技產(chǎn)業(yè)到達一個瓶頸的境地,區(qū)域化芯片的研究和推廣是必要的。區(qū)域化芯片的成功研究與推廣,將會極大的助力我國科技行業(yè)的前行,在一定程度上打破“無芯”的尷尬情形,也在一定程度上推動我國經(jīng)濟的發(fā)展,迎來經(jīng)濟發(fā)展的另一個。在有些芯片企業(yè)已經(jīng)開始試驗將不同技術(shù)整合到一個芯片的基礎(chǔ)上,區(qū)域化芯片的開發(fā)并不是不可制作的。我相信,在區(qū)域化芯片得以推廣的時候,必然會帶來科技與經(jīng)濟的高速飛躍。
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然而,這次的宏大計劃能否改變中國電子工業(yè)“缺芯少魂”的現(xiàn)狀,仍不得而知。
現(xiàn)實狀況不容樂觀
根據(jù)美國半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)協(xié)會(SIA)的最新統(tǒng)計,2013年全球半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)銷售額成長4.8%,全球半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)首次突破3000億美元大關(guān)。反觀中國的半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)發(fā)展,過去十年的年復(fù)合增長率高達25%,然而市場規(guī)模在2013年即還只是接近80億美元,超過10億美元銷售額的企業(yè)屈指可數(shù)。
就在這一年,我國集成電路進出口總值達到3199億美元,同比增長29%,保持快速增長勢頭。其中,出口額為880億美元,同比增長63%;進口額為2322億美元,同比增長20%,均保持高速增長。貿(mào)易逆差為1441億美元,較上年同期的1391億美元擴大50億美元。巨大的貿(mào)易逆差使得國人再次把半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)當(dāng)做堪比鋼鐵業(yè)的戰(zhàn)略性產(chǎn)業(yè)。
過去的事實證明,市場是換不來核心技術(shù)的。來自日本和韓國的半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的發(fā)展經(jīng)驗表明,后進國家必須通過應(yīng)用來拉動半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè),市場是培育自有核心技術(shù)的重要基礎(chǔ)。
中國目前是全球計算機、手機、通信設(shè)備、消費類電子等產(chǎn)品的主要產(chǎn)地和出口基地,主要產(chǎn)品產(chǎn)量占據(jù)全球50%以上。如此大的電子生產(chǎn)制造基地,卻為何培育不出一家世界頂級的半導(dǎo)體公司?
主要原因就是中國以往沒有一家世界級的電子整機企業(yè),這使得我們本土的半導(dǎo)體很難獲得與國際半導(dǎo)體公司同等的市場機會。事實上,這些年國際半導(dǎo)體公司可以不斷從中國用戶那里得到改進其產(chǎn)品的良好建議,而中國本土的半導(dǎo)體企業(yè)連入門的機會都很少有,就更談不上不斷優(yōu)化提升產(chǎn)品性能的契機啦。
現(xiàn)在情況發(fā)生了根本的變化,以華為、聯(lián)想、海爾為代表的中國整機企業(yè)的壯大,為中國本土半導(dǎo)體企業(yè)的發(fā)展奠定了良好的基礎(chǔ),本土的半導(dǎo)體企業(yè)有條件參與到整機產(chǎn)品的定義和規(guī)劃,適時推出應(yīng)用于這些整機產(chǎn)品半導(dǎo)體元器件。
要知道,聯(lián)想電腦的銷售已達世界第一,華為手機的銷量已達世界第三,海爾的家電銷量也已處于世界領(lǐng)先地位。如果說這三家世界級的整機企業(yè)能夠適當(dāng)關(guān)注中國半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè),那么無疑為中國半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的發(fā)展注入了一針強“芯”劑。
今年6月,我國配備國產(chǎn)芯片的“神威?太湖之光”登頂“全球超級計算機TOP500榜單”,“中國芯”的實力嶄露頭角。但從我國芯片行業(yè)整體發(fā)展現(xiàn)狀來看,進口依存度高、全球市場占比率低仍然是不爭的事實。
面對國內(nèi)市場需求量龐大,國外在技術(shù)和投資限制方面“圍追堵截”的困境,“中國芯”要想全面突圍、跨越式提升技術(shù)水平、最終實現(xiàn)自給自足的目標,并非一朝一夕之功。
助力超算登頂
今年6月19日,全球超算大會在德國法蘭克福舉行,會上了最新一版“全球超級計算機TOP500榜單”。其中,我國“神威?太湖之光”和“天河二號”連續(xù)第三年躋身前兩名。尤其值得注意的是,排名首位的“神威?太湖之光”所使用的中央處理器,是我國自主設(shè)計生產(chǎn)的國產(chǎn)芯片――“申威26010”眾核處理器。
“申威26010”實力凸顯,“中國芯”助力超算登頂,意味著曾經(jīng)高度依賴進口的中國芯片制造業(yè)正在邁向自主可控的新時代,在性能方面也已達到國際先進生產(chǎn)技術(shù)水平。
但是,從此次“全球超算TOP500榜單”中超算芯片使用整體情況來看,“中國芯”要趕上乃至全面超越國外老牌芯片廠商,依舊前路漫漫。以美國為例,此次上榜的500臺超算計算機中,有464臺都使用了美國英特爾芯片;采用美國IBM和AMD芯片的超級計算機分別為21臺和6臺。
實際上,這份超算榜單所折射出的,恰是當(dāng)前我國芯片業(yè)在全球市場競爭格局中的真實處境:近十年來,國內(nèi)芯片產(chǎn)業(yè)在關(guān)鍵技術(shù)自主可控方面已取得一定成效,但全球市場占比遠遠不足,且制造企業(yè)在規(guī)模、創(chuàng)新研發(fā)與設(shè)計以及生產(chǎn)承接能力方面依舊落后于全球領(lǐng)先廠商。
目前,我國國產(chǎn)芯片自給率尚不足三成,集成電路的全球市場份額不到10%。芯片業(yè)已與原油并列成為我國進口份額最大的兩類產(chǎn)品。2016年,中國集成電路進口額高達2271億美元,亦是連續(xù)第四年芯片產(chǎn)品進口費用超過2000億美元。與此同時,我國集成電路出口金額卻僅為613.8億美元,貿(mào)易逆差高達1657億美元。
內(nèi)外夾擊
當(dāng)前,中國在大力推動國內(nèi)芯片產(chǎn)業(yè)發(fā)展和關(guān)鍵技術(shù)自主可控過程中,主要面臨著來自國內(nèi)和國外兩個層面的挑戰(zhàn)。 2017年6月,我國配備國產(chǎn)芯片的“神威?太湖之光”登頂“全球超級計算機TOP500榜單”。
國內(nèi)層面,我國是全球芯片需求大國,芯片市場需求總量約占全球的1/3。僅從電子信息制造業(yè)這一個領(lǐng)域來看,2016年我國全年共生產(chǎn)手機21億部、微型計算機設(shè)備2.9億臺、智能電視9310萬臺,芯片需求量之巨大可見一斑。
更重要的是,S著人工智能、物聯(lián)網(wǎng)、虛擬現(xiàn)實等前沿科學(xué)技術(shù)的逐漸成熟,未來芯片市場需求將呈爆發(fā)式增長態(tài)勢。
以汽車產(chǎn)業(yè)為例。麥肯錫咨詢公司在今年4月的名為《出行趨勢:汽車半導(dǎo)體業(yè)的未來在哪里?》的報告中提出,隨著汽車行業(yè)的電動化、互聯(lián)網(wǎng)、智能化趨勢不斷加深,從1995―2015年,全球汽車芯片市場規(guī)模從70億美元增長到300億美元。據(jù)麥肯錫咨詢公司估計,從2015―2020年,汽車芯片的市場規(guī)模還將以每年6%的速度繼續(xù)增長。
在這一背景下,如若不能及時彌補我國集成電路存在的巨大市場供給缺口,擺脫高度依賴進口的局面,將會給我國未來社會經(jīng)濟發(fā)展帶來巨大的隱患。
國際層面,由于涉及到專利保護、技術(shù)封鎖等問題,未來通過直接從他國購買芯片設(shè)計和制造技術(shù)進行生產(chǎn)的方式,難度可能將進一步加大。
今年1月,美國總統(tǒng)科技顧問委員會的《關(guān)于確保美國在半導(dǎo)體行業(yè)長期領(lǐng)先的報告》稱,雖然現(xiàn)階段中國芯片產(chǎn)業(yè)在全球銷售額方面仍遠落后于美國,但在過去10年間,中國加大了對半導(dǎo)體行業(yè)的研發(fā)及市場投入,加上產(chǎn)業(yè)政策的大力傾斜,長此以往,必將對美國芯片業(yè)的創(chuàng)新進程和全球市場份額造成嚴重威脅。由此,報告提出了應(yīng)加強對中國芯片出口限制、審查中國海外芯片投資等建議。
美國之所以在芯片產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域?qū)χ袊皣范陆亍?,除了?jīng)濟方面的考量外,更重要的是考慮到芯片對國家安全的重要意義。也正因如此,美國總統(tǒng)科技顧問委員會在報告中還提出,美國政府應(yīng)盡快著手鑒別那些關(guān)乎國家安全的半導(dǎo)體技術(shù),并從這一角度出發(fā),重新思考構(gòu)建相關(guān)的國家安全政策。
兩方面突圍
國務(wù)院在2014年印發(fā)的《國家集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展推進綱要》中提出:到2030年,產(chǎn)業(yè)鏈主要環(huán)節(jié)要達到國際先進水平,實現(xiàn)跨越發(fā)展。面對國產(chǎn)芯片自給率不足三成的困境,《中國制造2025》明確提出:到2020年芯片自給率要達到40%,2025年達到50%。
為實現(xiàn)跨越發(fā)展,“中國芯”要全面突圍,達到自給自足的最終目標,可從以下兩方面入手。
一是實現(xiàn)專利質(zhì)量提升。近十年來,我國企業(yè)在芯片專利數(shù)量上成績喜人,已逐步趕上國外老牌企業(yè)。為實現(xiàn)我國芯片產(chǎn)業(yè)在裝備、工藝和材料領(lǐng)域的自主創(chuàng)新發(fā)展,2008年國務(wù)院批準實施“集成電路專項”。截至目前,該專項共申請了2.3萬余項國內(nèi)發(fā)明專利和2000多項國際發(fā)明專利。
不過,國產(chǎn)芯片的用武之地大多集中在音箱、機頂盒、冰箱、空調(diào)等消費類產(chǎn)品上,通信、醫(yī)療和軍事等對芯片性能要求極高的領(lǐng)域,依然高度依賴進口芯片?!爸袊尽睂@季重叫鑿牧孔冏呦蛸|(zhì)變。
二是加強行業(yè)協(xié)同合作。由于芯片研發(fā)制造的投資成本高、回報周期長、技術(shù)要求高,因此加強國內(nèi)外主體企業(yè)之間的協(xié)同合作至關(guān)重要。
過去一段時間,我國芯片企業(yè)乃至政府機構(gòu)主要通過收購、投資海外芯片公司,以期獲取行業(yè)最前沿的技術(shù)和知識。但從上述美國總統(tǒng)科技顧問委員會的報告來看,單純的收購行為可能會遭到限制。
【關(guān)鍵詞】UHF RFID 片上天線 溫度傳感器 大容量存儲器
射頻識別(Radio Frequency Identifi-cation,RFID)是一種自動識別技術(shù),近年來發(fā)展迅速,已廣泛用于很多領(lǐng)域。RFID標簽支持快速讀寫,多目標識別,非視距識別,移動定位及長期跟蹤管理。超高頻標簽通常在 860MHz ~ 960MHz頻率下工作,具有作用距離遠(通常是3m~ 10m),通信速度快,成本低的優(yōu)點,是目前RFID產(chǎn)業(yè)發(fā)展的熱點,并有望在未來成為主流技術(shù)。
1 UHF RFID現(xiàn)狀
1.1 國際現(xiàn)狀
RFID 工作在發(fā)達國家起步比較早,發(fā)展水平也比較高,無論是技術(shù)、標準、產(chǎn)業(yè)鏈,還是應(yīng)用方面都已發(fā)展得相對完備,在發(fā)達國家,RFID 技術(shù)已經(jīng)發(fā)展成為 IC、IT產(chǎn)業(yè)炙手可熱的焦點和熱點技術(shù)。首先在芯片技術(shù)方面,發(fā)達國家已經(jīng)具備了相對完整的產(chǎn)品線,并且在技術(shù)和市場不斷的發(fā)展和完善等力量的推動下,電子標簽工藝的提升,技術(shù)的進步,使其成本不斷降低,應(yīng)用發(fā)展進入了蓬勃發(fā)展的階段。Alien公司的0類設(shè)計和Matrics公司的1 類設(shè)計奠定了第一代RFID標準的實現(xiàn)技術(shù),相對于第一代標準來講,EPC 第二代標簽芯片具有很多優(yōu)勢,它的中心頻率為900MHz 頻段,大大提高了識別速率,可以達到500到1500標簽/秒;反向散射數(shù)據(jù)速率可以從每秒數(shù)十bit提高到650kbps;掃描范圍提高到30英尺。如今已經(jīng)在市場和實驗室出現(xiàn)了更多優(yōu)異性能的UHF 第二代RFID標簽芯片,如Impinj公司的 Monza 4 RFID標簽芯片的系列產(chǎn)品已達到了更先進的水平,其優(yōu)異的性能主要表現(xiàn)在可以擴展的內(nèi)存選項、創(chuàng)新的保密功能、良好的抗干擾能力、業(yè)界領(lǐng)先的靈敏度指標。
在學(xué)術(shù)方面,近年來頂尖的國際集成電路會議和集成電路期刊發(fā)表了越來越多關(guān)于 RFID芯片技術(shù)的論文,國際物聯(lián)網(wǎng)會議和國際RFID 會議也變得異常令人矚目,成為全球致力于RFID技術(shù)領(lǐng)域的研究機構(gòu)和從業(yè)人員交流最新成果與進展的良好平臺。
在工業(yè)方面,Impinj公司等 RFID 公司不斷取得技術(shù)進步,材料和工藝創(chuàng)新,使得芯片的技術(shù)性能大幅提高的同時,其成本不斷降低,使市場不斷地成熟,促進產(chǎn)業(yè)不斷進步和升級,相信在未來的時間,隨著該產(chǎn)業(yè)公司和研究機構(gòu)對技術(shù)進步和革新的追求,芯片造價不斷降低,性能的紀錄不斷被刷新,眾多新技術(shù)與新應(yīng)用被不斷開發(fā)與推廣。
1.2 國內(nèi)現(xiàn)狀
國內(nèi)從事RFID產(chǎn)業(yè)的公司生產(chǎn)規(guī)模都不大,生產(chǎn)成本比較高,在眾多的全國RFID企業(yè)中,絕大多數(shù)為各種、外企分支機構(gòu)、系統(tǒng)集成與應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)企業(yè),真正從事RFID核心技術(shù)開發(fā)、具有自主知識產(chǎn)權(quán)的企業(yè)寥寥無幾,這是我國RFID產(chǎn)業(yè)鏈中最薄弱的環(huán)節(jié)。針這樣的現(xiàn)狀和形勢,科技部在國家高技術(shù)研究發(fā)展計劃(863計劃)的重大項目已經(jīng)明確把“射頻識別(RFID)技術(shù)與應(yīng)用”列入,把UHF RFID的工作頻段劃分了840MHz~845MHz和920MHz~925MHz兩個頻段,2012年出臺了基于ISO/IEC18000-6的國家標準,這對我國電子標簽的發(fā)展起到了非常重要的作用。
雖然與國外RFID芯片設(shè)計水平存在很大的差距,但是我國集成電路設(shè)計和制造業(yè)在近些年來也取得了令人矚目的發(fā)展和成就。在RFID芯片方面,已經(jīng)基本實現(xiàn)了自主設(shè)計。國內(nèi) RFID設(shè)計公司主要有北京清華同方集成電路設(shè)計公司、上海華虹集成電路設(shè)計公司、上海復(fù)旦微電子公司等。在芯片制造方面,諸如復(fù)旦微電子、上海華虹、上海貝嶺等優(yōu)秀企業(yè)都具有大規(guī)模生產(chǎn) RFID芯片的能力。
2 UHF RFID發(fā)展趨勢
2.1 與傳感器相結(jié)合
近年來,研究的熱點集中在RFID 技術(shù)與無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(WSN,Wireless Sensor Networks)的結(jié)合方面,冷鏈物流的興起更是為內(nèi)嵌溫度傳感器的RFID標簽的發(fā)展提供了廣闊的發(fā)展機遇和空間。
帶有溫度傳感器的標簽已經(jīng)在很多論文中出現(xiàn),而且市場上已經(jīng)出現(xiàn)了這類成品標簽。適用于RFID的溫度傳感器設(shè)計難點在于保證溫度范圍和精度的條件下使功耗控制在幾個微瓦,甚至幾百個納瓦之內(nèi)。目前的溫度傳感器,如果不采用校準,誤差都是比較大的,因此,一般在RFID標簽中采用的溫度傳感器都會采用校準技術(shù),采用兩點校準的比較多,這樣又增加了標簽的成本和復(fù)雜程度。
一些論文中雖然提到過在RFID標簽中集成光傳感器,但是在實際中很難做到,主要問題在于光敏器件與工藝很難兼容,標簽的封裝對光線進入光敏器件的影響難以估計。但是相信隨著設(shè)計技術(shù)的進步,封裝技術(shù)的改進和工藝的完善,光傳感器也許在不遠的將來就會在RFID標簽芯片中實現(xiàn)。
對于壓力傳感器和濕度傳感器,也存在著類似于光傳感器一樣的問題,而且相關(guān)的研究幾乎還沒有展開。
2.2 片上天線
采用和集成電路芯片相同的材料和工藝制作而成的天線叫做片上天線(On-Chip Antenna, OCA)。片上天線可以分為兩種:第一種片上天線與電路芯片處在同一個硅襯底上,是真正意義上的片上天線,也稱為片內(nèi)天線;第二種片上天線與電路芯片不在同一硅襯底上,但被封裝在同一個管殼內(nèi),也可以稱做封裝天線。
片上天線的設(shè)計和制作受到面積限制、工藝限制和干擾限制,天線的尺寸依據(jù)半波長或 1/4波長,通常芯片的尺寸小于該尺寸,要使天線尺寸盡量少受封裝面積和芯片的約束,就要求天線工作頻率不能太低,目前已有的關(guān)于RFID 片上天線多集中在HF、UHF和 MW頻段。同時,標準 CMOS 材料和工藝,低金屬電導(dǎo)率、硅互連金屬尺寸、高介電常數(shù)和低阻硅襯底等方面的因素,都會對片上天線的性能產(chǎn)生一定的影響。由于硅器件結(jié)構(gòu)和芯片面積等因素的制約,RFID片上天線的增益、方向性等性能,都要比片外天線低,但對于單品的近距離應(yīng)用,是可以接受的。
與常規(guī)天線相比,片上天線具有自身優(yōu)點:天線以及天線和芯片的連接都在芯片或封裝內(nèi)部實現(xiàn),可以大大減小無線終端產(chǎn)品的體積,減輕產(chǎn)品的重量,并使產(chǎn)品的重復(fù)性和可靠性得到提高。天線與芯片在生產(chǎn)過程中一次生產(chǎn)出來,可以大幅度降低規(guī)模生產(chǎn)下的產(chǎn)品成本。
2.3 大容量存儲器
由于受到芯片面積和功耗的限制,芯片中的存儲器一般都比較小,普通的標簽以512bit和1Kbit的最常見。但是用戶希望的是大容量存儲器,能夠攜帶更多信息的標簽對用戶而言無疑更具有吸引力。在這種市場的推動下,大容量低功耗的存儲器已經(jīng)面世,目前,市場上已經(jīng)出現(xiàn)了16Kbit、32Kbit甚至64Kbit存儲器的UHF RFID標簽。相信隨著更深入的研究,更大容量更低功耗的存儲器會被開發(fā)出來并應(yīng)用在UHF RFID標簽中。
3 結(jié)語
本文對UHF RFID國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀做了簡單介紹,并根據(jù)目前市場以及最新研究論文,對UHF RFID未來的發(fā)展趨勢做了總結(jié),得出了與傳感器相結(jié)合、片上天線和大容量存儲器三個方向?qū)⒊蔀閁HF RFID發(fā)展熱點的結(jié)論。
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作者簡介
鄒恒 (1963-),男,陜西省富平縣人。大學(xué)本科學(xué)歷。現(xiàn)為陜西省電子信息產(chǎn)品監(jiān)督檢驗院工程師。研究方向為微電子產(chǎn)品檢測。