微电子详细资料大全

微电子技术是随着积体电路，尤其是超大型规模积体电路而发展起来的一门新的技术。其发展的理论基础是19世纪末到20世纪30年代期间建立起来的现代物理学。

微电子技术包括系统电路设计、器件物理、工艺技术、材料制备、自动测试以及封装、组装等一系列专门的技术，微电子技术是微电子学中的各项工艺技术的总和。

基本介绍 中文名 ：微电子技术 外文名 ：Microelectronics 理论基础 ：现代物理学 含义 ：高科技和信息产业的核心技术 历史,概念,发展趋势,中国现状, 历史 微电子技术是在电子电路和系统的超小型化和微型化过程中逐渐形成和发展起来的。 第二次大战中、后期，由于军事需要对电子设备提出了不少具有根本意义的构想，并研究出一些有用的技术。1947年电晶体的发明，后来又结合印刷电路组装使电子电路在小型化的方面前进了一大步。到1958年前后已研究成功以这种组件为基础的混合组件。积体电路技术是通过一系列特定的加工工艺，将电晶体、二极体等有源器件和电阻、电容等无源器件，按照-定的电路互连，“集成”在一块半导体单晶片上，执行特定电路或系统功能。 微电子 概念 微电子技术是高科技和信息产业的核心技术。微电子产业是基础性产业，之所以发展得如此之快，除了技术本身对国民经济的巨大贡献之外，还与它极强的渗透性有关。另外，现代战争将是以积体电路为关键技术、以电子战和信息战为特点的高技术战争。 积体电路的主要工艺技术，是在50年代后半期矽平面电晶体技术和更早的金属真空涂膜学技术基础上发展起来的。1964年出现了磁双极型积体电路产品。 1962年生产出电晶体——电晶体理逻辑电路和发射极藉合逻辑电路。MOS积体电路出现。由于MOS电路在高度集成方面的优点和积体电路对电子技术的影响，积体电路发展越来越快。 70年代，微电子技术进入了以大规模积体电路为中心的新阶段。随着集成密度日益提高，积体电路正向集成系统发展，电路的设计也日益复杂、费时和昂贵。实际上如果没有计算机的辅助，较复杂的大规模积体电路的设计是不可能的。70年代以来，积体电路利用计算机的设计有很大的进展。制版的计算机辅助设计、器件模拟、电路模拟、逻辑模拟、布局布线的计算辅助设计等程式，都先后研究成功，并发展成为包括校核、最佳化等算法在内的混合计算机辅助设计，乃至整套设备的计算机辅助设计系统。 积体电路制造的计算机管理，也已开始实现。此外，与大规模集成和超大规模集成的高速发展相适应，有关的器件材料科学和技术、测试科学和计算机辅助测试、封装技术和超净室技术等都有重大的进展。电子技术发展很快，在工艺技术上，微细加工技术，如电子束、离子束、X射线等复印技术和干法刻蚀技术日益完善，使生产上在到亚微米以至更高的光刻水平，积体电路的集成弃将超大型越每片106—107个元件，以至达到全上集成一个复杂的微电子系统。高质量的超薄氧化层、新的离子注入退火技术、高电导高熔点金属以其矽化物金属化和浅欧姆结等一系列工艺技术正获得进一步的发展。在微电子技术的设计和测试技术方面，随着集成度和集成系统复杂性的提高，冗余技术、容错技术，将在设计技术中得到广泛套用。 微电子学是研究在固体（主要是半导体）材料上构成的微小型化电路、电路及系统的电子学分支。作为电子学的分支学科，它主要研究电子或离子在固体材料中的运动规律及其套用，并利用它实现信号处理功能的科学，以实现电路的系统和集成为目的，实用性强。微电子学又是信息领域的重要基础学科，在这一领域上，微电子学是研究并实现信息获取、传输、存储、处理和输出的科学，是研究信息获取的科学，构成了信息科学的基石，其发展直接影响着整个信息技术的发展。微电子科学技术的发展水平和产业规模是一个国家经济实力的重要标志。微电子学是一门综合性很强的边缘学科，其中包括了半导体器件物理、积体电路工艺和积体电路及系统的设计、测试等多方面的内容；涉及了固体物理学、量子力学、热力学与统计物理学、材料科学、电子线路、信号处理、计算机辅助设计、测试和加工、图论、化学等多个领域。 微电子学是一门发展极为迅速的学科，高集成度、低功耗、高性能、高可靠性是微电子学发展的方向。信息技术发展的方向是多媒体（智慧型化）、网路化和个体化。要求系统获取和存储海量的多媒体信息、以极高速度精确可靠的处理和传输这些信息并及时地把有用信息显示出来或用于控制。所有这些都只能依赖于微电子技术的支撑才能成为现实。超高容量、超小型、超高速、超高频、超低功耗是信息技术无止境追求的目标，是微电子技术迅速发展的动力。 微电子学渗透性强，其他学科结合产生出了一系列新的交叉学科。微机电系统、生物晶片就是这方面的代表，是近年来发展起来的具有广阔套用前景的新技术。 发展趋势 国际微电子发展的趋势是：积体电路的特征尺寸将继续缩小，积体电路(IC)将发展为 系统晶片(SOC)。微电子技术和其他学科相结合将产生很多新的学科生长点，与其它产业结合成为重大经济成长点。1999年中国积体电路的总消耗量折合人民币为436亿元，其中国产晶片的总量为83.8亿元人民币，占世界晶片产量的0.6%。虽然中国微电子产业的发展有了很大进步，但与已开发国家相比还很落后，生产技术总体上还有2代左右的差距。国内积体电路需求的自给率很低，特别是技术含量高的产品，基本上依靠进口。 随着积体电路技术的发展，使整机、电路与元件、器件之间的明确界限被突跛，器件问题、电路问题和整机系统问题已经结合在一起，体现在一小块矽片上，这就形成了固体物理、器件工艺与电子学三者交叉的新技术学科一微电子学。随着积体电路技术的广泛渗透和延拓，它将是一个更为广泛的边缘性学科。 一言以蔽之：微电子技术是信息社会的基石。实现信息化的网路及其关键部件不管是各种计算机还是通讯电子装备，它们的基础都是集成电胳。 1946年2月年美国莫尔学院研制成功第一台电子数值积分器和计算器的时代，那是一个由18000个电子管组成，占地150平方米，重30吨的庞然大物。 构想一下，这样的计算机能够进入办公室、车间和家庭吗？以至于当时有的科学家认为全世界只要4台这样的计算机就够了，可是现在全世界计算机包括微机在内就有上亿台。这只有在1948年贝尔实验室的科学家们发明了电晶体(微电子技术发展中第一个里程碑)，特别是1958年矽平面工艺的发展和积体电路的发明(这可以认为是第二个里程碑)，之后才可能出现今天这样的以积体电路技术为基础的电子信息技术和产业。 正如最近美国工程技术界评出20世纪世界最伟大20项工程技术成就中第5项电子技术时谈到，“从真空管到半导体、积体电路已成为当代各行各业智慧型工作的基石。”这是由其本质所决定的：社会信息化的程度取决于对信息的掌握、处理能力和套用程度，而积体电路正是集信息处理、存储、传输于一个小小的晶片中。当前微电子技术发展已进入系统集成晶片(SOC-System On Chip)的时代.可将整个系统或子系统集成在一个矽晶片上。进一步发展，可以将各种物理的、化学的和生物的敏感器(执行信息获取功能)和执行器与信息处理系统集成在一起，从而完成从信息获取、处理、存储、传输到执行的系统功能，这是一个更广义上的系统集成晶片。可以认为这是微电子技术又一次革命性变革。它已如同细胞组成人体一样，成为现代工农业、国防装备和家庭耐用消费品的细胞。 现在积体电路产业产值年增长率≥15%，在技术上，集成度以年增长率46%的速率持续发展，世界上还没有一个产业能以这样的速度持续发展。 1990年日本以积体电路为基础的电子工业产值超过号称为第一产业的汽车工业而成为第-一大产业。2000年以积体电路为基础的电子信息产业成为世界第一大产业。积体电路的原料是地球上除氧以外含量最丰富的元素-矽，这样一块黑褐色小片，肉眼看上去.没有任何令人满意的地方，但经过人们的创新设计和一系列创新的工艺技术加工制造，成为积体电路晶片.将人类的智慧与创造固化在矽晶片上，因而是知识创新的载体，价值千金。这是典型的“点石成金”。改变着社会的生产方式和人们的生活方式，不仅成为现代产业和科学技术的基础，而且正在创造著代表资讯时代的矽文化(siliconculture)。因此有科学家认为人类继石器、青铜器、铁器时代之后正进入矽石时代。 积体电路产业对国民经济的战略作用首先表现在当代食物链关系上，现代经济发展的数据表明，GDP每增长100元，需要10元左右电子工业产值和1元-3元积体电路产值的支持。据美国半导体协会(SIA)预测，到2012年，积体电路全行业销售额将达到1万亿美元，它将支持6万亿到8万亿美元的电子装备、30万亿美元的电子信息服务业和约50万亿美元GDP。 21世纪经济是信息经济，目前已开发国家信息产业产值已占国民经济总产值的40%-60%，国民经济总产值增长部分的65%与积体电路有关。因此，抓住了积体电路产业发展，就能促进国民经济的高速发展。 微电子 上世纪90年代以来，美国经济持续高速发展，主要得益于IT产业的发展，而它的基础是微电子技术。 实际上，不仅计算机更新换代，即使是家电的更新换代都基于微电子技术的进步。电子装备，包拆机械装置，其灵巧程度直接关系到它的高附加值和市场竞争力，都依赖于积体电路晶片的“智慧”程度和使用程度。 在信息社会时代，产品以其信息含量的多少和处理信息能力的强弱，决定着其附加值的高低，从而决定它在国际市场分工中的地位。如果我们不发展积体电路产业，将使我们的IT行业只能停留在装配业水平上，挣的是“辛苦钱”，在国际分工中我们将只能处于低附加值的低端上。微电子产业的发展规模和科学技术水平已成为衡量一个国际综合实力的重要标志。 几乎所有的传统产业只要与微电子技术结合，用积体电路晶片进行智慧型改造，就会使传统产业重新焕发青春。例如微机控制的数控工具机已不再是传统的工具机；又如汽车的电子化导致汽车工业的革命，目前先进的现代化汽车，其电子装备已占其总成本的70%。进入信息化社会，积体电路成为武器的一个组成单元，于是电子战、智慧型武器应运而生。雷达的精确定位和导航，战略飞弹的减重增程，战术飞弹的精确制导，巡航飞弹的图形识别与匹配.以及各类卫星的有效载荷和寿命的提高等等，其核心技术都是微电子技术。 目前，积体电路在整机中的套用，以计算机最大，通讯次之，第三位则是消费类电子。积体电路枝术是一种使其他所有工业黯然失色，又使其他工业得以繁荣发展的技术，其设计规格从1959年以来40多年间缩小为原来的140分之一，而电晶体的平均价格降低为原来的百万分之一。如果小汽车也按照此速度进步的活，那么现在小汽车的价格只需1美分。难怪日本人认为控制了超大规模积体电路技术，就控制了世界产业。” 中国现状 中国的积体电路产业起步于1965年，经过30多年的发展，现已初步形成了包括设计、制造、封装业共同发展的产业结构。晶片生产技术已达到8英寸、0.25微米-0.18微米水平。但总体来讲，我国积体电路产业比较弱小，1999年销售额仅占国际市场份额的0.7%，只能满足国内市场需求的16%。要提高我国微电子技术的整体水平，我们还需要长期的艰苦努力。 我国高校微电子专业目前所开专业课程包括：半导体物理与器件、积体电路原理与设计、近代物理实验、固体物理导论、微机电系统技术基础、薄膜材料与薄膜技术等。 目前中国微电子存在的主要问题有： 1.缺乏高标准和可持续发展的长远规划和措施以及建立微电子产业群体的目标。 2.机制上不适应微电子产业自身发展的要求。产业投资方式单一；投资和其它政策方面的决策太慢，使发展滞后；科研和产业严重脱节，而且科研和开发的投资严重不足。 3.缺乏系统的市场战略。国内市场被国外大公司瓜分。对于有战略意义而且量大面广的如中央处理器（CPU）和存储器等关键晶片市场没有给予足够的重视和决心自主研制开发的决心。整机设计开发与晶片厂脱节，产品不能配套生产。 4.政策环境不适应现代化微电子产业的发展。我国微电子企业资金有较大一部分是贷款，加之增值税过重，使得企业负担很重。 5.微电子领域人才流失现象严重，缺乏吸引和激励人才的有效措施。 建议：制订加速中国微电子产业发展的目标。5年内达到：以多元投资模式建成一定规模的产业群，其中一半以上企业在技术、市场和管理上中国有主导权。组织和引进优秀人才，大力研发新一代核心生产工艺技术，积累自主的智慧财产权，使中国微电子晶片生产制造工艺技术达到与国际水平只差一代。积体电路产量到2005年由目前的占世界产量的0.6%提高到2%左右。通过10年左右的努力，掌握集成电路设计、生产的关键技术，提高国内外市场占有率和国内市场的自给率，占世界产量从2%提高到4%，自给率达到30%左右；满足国防工业和信息安全对积体电路的需求；形成能够良性循环的科研、生产体系；产业与科学技术水平与当时的国际水平相当。 为保证上述目标的实现，建议“十五”期间实施以下9项措施： 1.成立国家微电子管理委员会：直属中央，赋予权利和责任，实行一元化的领导，用“两弹一星”精神，按系统工程思路有机地制定出科研、开发和生产的长期发展战略，管理好微电子产业。 2.为实现可持续发展，以自主研究和开发0.18微米以下矽积体电路大生产技术为突破口，逐步掌握核心技术。建设3-5条8英寸以上的矽生产线，并掌握其技术、市场和管理的主导权。同时，以多元化模式5年内共建成6-10条（含上述“自主”的3-5条）大生产线，初步形成产业群。建设产业群的多元模式可采用政府先导、贷款政策的倾斜、吸引和利用外资、港澳台的资金和鼓励引导集体和私营等非国有经济涉足微电子行业等措施相结合。这样5年内国家需投入股本金4.5-7.5亿美元，贴息3-5亿美元。 3.建设好积体电路设计业的基础环境，给予优惠政策，吸引投资，突破重点，放活一片。建立国家级有智慧财产权的设计模组（IP）库和服务、复用机制。组织突破以CPU和存储器为代表的积体电路设计核心技术。 4.以最快的速度建设一条砷化镓器件和积体电路的生产线。发展射频（RF）领域的砷化镓积体电路目前尚不需要十分苛刻的微细加工技术，符合中国的国情，抓住时机建设一条砷化镓民用电路生产线，可扭转我国通讯市场单纯依赖进口砷化镓晶片的局面。该生产线投资约需4亿元人民币。 5.抓住机遇研究开发新一代关键的微电子专用设备。国家应组织力量以充足的投资，选准方向，加强与国际的合作，开展以瞄准可用于0.1-0.13微米光刻的193纳米准分子雷射投影光刻机为重点的专用设备中的关键技术研究并达到实用化。同时开展电子束和X射线光刻等新一代光刻机等关键设备的技术攻关，为占领未来微电子技术的制高点做好专用设备技术方面的准备。 6.建立国家级微电子研究开发中心。集中国家有限的人力和财力，建立独立的国家级微电子研究开发中心。国家应有长远的投资规划，并能逐步吸引大企业入资。把国内有优势的高校和研究所力量更好地组织起来，形成一支稳定、有效的研发力量。该中心的任务：密切与产业的结合，开发新一代微电子核心工艺技术以及市场有大量需求的高档产品，转移到大生产线上，并且在开发新一代微电子工艺的基础上开发我国微电子关键设备。同时，针对10年以后我国微电子产业的需求，开展新一代系统晶片中新工艺、新器件和新结构电路的前瞻性、战略性研究。该中心定位于：支持高校和研究所进行创新性研究，并将成果加以验证、集成和中试，最终发展成为自主智慧财产权的源泉，并转移到产业界，从而实现我国微电子产业的自主和可持续发展。该中心一次性投入约需50亿元人民币，今后每年投入3~5亿人民币，中心也应当从企业和市场中得到部分经费来源。 7.实施“微电子人才培养和引进工程”，以最大的力度吸引国外优秀的微电子技术和管理人才，尤其是事业有成的国外留学生；制订出优惠政策，扭转微电子人才大量外流的趋势；近期内应订出计画，大量培养出一批微电子工艺开发、设计和系统套用人才。 8.产业的发展很大程度上靠机制创新和各种优惠政策，应制订出符合微电子产业发展的现代企业的集资机制和能使其良性发展的优惠税收及其它政策。 9.从系统工程观点出发，制订微电子市场发展战略（包括国内市场和国际市场的占领）。从政策、技术和组织诸方面提出并落实几点对策：下决心占领通用晶片市场；由国家组织专项重点工程，从整机到自主设计晶片，建立起整机业与晶片业的战略联盟；国家采取非关税保护措施，努力加大国产晶片的市场空间。 加快发展我国的微电子产业已经成为刻不容缓的大事。政府除了继续加大资金的投入外，目前至关重要的是如何转换机制，制订系统的市场战略和更加优惠的政策，吸引资金和人才。调动一切积极因素，既大力发展自主的民族微电子产业，又形成良好的投资环境吸引外资投入我国的微电子产业，尽快形成产业群；同时加大对科学研究与人才培养的投入，形成植根于中国、可持续发展的微电子产业和科学研究体系，抓住机遇迎接挑战。相信在中央的正确领导下，我国微电子将在世界微电子市场占有一席之地，为中国在二十一世纪的世界强国地位奠定基础。

SoC的定义多种多样，由于其内涵丰富、套用范围广，很难给出准确定义。一般说来， SoC称为系统级晶片，也有称片上系统，意指它是一个产品，是一个有专用目标的积体电路，其中包含完整系统并有嵌入软体的全部内容。同时它又是一种技术，用以实现从确定系统功能开始，到软/硬体划分，并完成设计的整个过程。

基本介绍 中文名 ：系统级晶片 外文名 ：System on Chip 缩写 ：SoC 别称 ：民航SOC 英文解析,片上系统,综述,功能,技术发展,技术特点,优势,存在问题,核心技术,设计思想,基本结构,设计基础,设计过程,设计方法学,套用动态, 英文解析 SOC，或者SoC，是一个缩写，包括的意思有： 1） SoC： System on Chip的缩写，称为晶片级系统，也有称片上系统，意指它是一个产品，是一个有专用目标的积体电路，其中包含完整系统并有嵌入软体的全部内容。 2） SOC ： Security Operations Center的缩写，属于信息安全领域的安全运行中心。 3） 民航SOC ：System Operations Center的缩写，指民航领域的指挥控制系统。 4)一个是Service-Oriented Computing，“面向服务的计算” 5）SOC(Signal Operation Control) 中文名为信号操作控制器，它不是创造概念的发明，而是针对工业自动化现状提出的一种融合性产品。它采用的技术是正在工业现场大量使用的成熟技术，但又不是对现有技术的简单堆砌，是对众多实用技术进行封装、接口、集成，形成全新的一体化的控制器，可由一个控制器就可以完成作业，称为SOC。 6)SOC(start-of-conversion )，启动转换。 7)short-open calibration 短开路校准。 片上系统 System on Chip，简称Soc，也即片上系统。从狭义角度讲，它是信息系统核心的晶片集成，是将系统关键部件集成在一块晶片上;从广义角度讲， SoC是一个微小型系统，如果说中央处理器(CPU)是大脑，那么SoC就是包括大脑、心脏、眼睛和手的系统。国内外学术界一般倾向将SoC定义为将微处理器、模拟IP核、数字IP核和存储器(或片外存储控制接口)集成在单一晶片上，它通常是客户定制的，或是面向特定用途的标准产品。 SoC定义的基本内容主要在两方面：其一是它的构成，其二是它形成过程。系统级晶片的构成可以是系统级晶片控制逻辑模组、微处理器/微控制器CPU 核心模组、数位讯号处理器DSP模组、嵌入的存储器模组、和外部进行通讯的接口模组、含有ADC /DAC 的模拟前端模组、电源提供和功耗管理模组，对于一个无线SoC还有射频前端模组、用户定义逻辑(它可以由FPGA 或ASIC实现)以及微电子机械模组，更重要的是一个SoC 晶片内嵌有基本软体(RDOS或COS以及其他套用软体)模组或可载入的用户软体等。系统级晶片形成或产生过程包含以下三个方面: 1) 基于单片集成系统的软硬体协同设计和验证; 2) 再利用逻辑面积技术使用和产能占有比例有效提高即开发和研究IP核生成及复用技术，特别是大容量的存储模组嵌入的重复套用等; 3) 超深亚微米(VDSM) 、纳米积体电路的设计理论和技术。 SoC设计的关键技术 SoC关键技术主要包括汇流排架构技术、IP核可复用技术、软硬体协同设计技术、SoC验证技术、可测性设计技术、低功耗设计技术、超深亚微米电路实现技术， 并且包含做嵌入式软体移植、开发研究，是一门跨学科的新兴研究领域 综述 SoC是System on Chip的缩写，直译是“晶片级系统”，通常简称“片上系统”。因为涉及到“Chip”，SoC身上也会体现出“积体电路”与“晶片”之间的联系和区别，其相关内容包括积体电路的设计、系统集成、晶片设计、生产、封装、测试等等。跟“晶片”的定义类似，SoC更强调的是一个整体，在积体电路领域，给它的定义为：由多个具有特定功能的积体电路组合在一个晶片上形成的系统或产品，其中包含完整的硬体系统及其承载的嵌入式软体。 这意味着，在单个晶片上，就能完成一个电子系统的功能，而这个系统在以前往往需要一个或多个电路板，以及板上的各种电子器件、晶片和互连线共同配合来实现。前面我们说积体电路的时候提到过楼房对平房的集成，而SoC可以看作是城镇对楼房的集成；宾馆、饭店、商场、超市、医院、学校、汽车站和大量的住宅，集中在一起，构成了一个小镇的功能，满足人们吃住行的基本需求。目前SoC更多的是对处理器（包括CPU、DSP）、存储器、各种接口控制模组、各种互联汇流排的集成，其典型代表为手机晶片（参见术语“终端晶片”的介绍）。目前SoC还达不到单晶片实现一个传统的电子产品的程度，可以说现在SoC只是实现了一个小镇的功能，还不能实现一个城市的功能。 SOC积体电路 SoC有两个显著的特点：一是硬体规模庞大，通常基于IP设计模式；二是软体比重大，需要进行软硬体协同设计。城市相比农村的优势很明显：配套齐全、交通便利、效率高。SoC也有类似特点：在单个晶片上集成了更多配套的电路，节省了积体电路的面积，也就节省了成本，相当于城市的能源利用率提高了；片上互联相当于城市的快速道路，高速、低耗，原来分布在电路板上的各器件之间的信息传输，集中到同一个晶片中，相当于本来要坐长途汽车才能到达的地方，现在已经挪到城里来了，坐一趟捷运或BRT就到了，这样明显速度快了很多；城市的第三产业发达，更具有竞争力，而SoC上的软体则相当于城市的服务业务，不单硬体好，软体也要好；同样一套硬体，今天可以用来做某件事，明天又可以用来做另一件事，类似于城市中整个社会的资源配置和调度、利用率方面的提高。可见SoC在性能、成本、功耗、可靠性，以及生命周期与适用范围各方面都有明显的优势，因此它是积体电路设计发展的必然趋势。目前在性能和功耗敏感的终端晶片领域，SoC已占据主导地位；而且其套用正在扩展到更广的领域。单晶片实现完整的电子系统，是IC 产业未来的发展方向。 功能 1) 安全对象管理 2) 脆弱性管理 3) 风险管理 4) 事件管理 5) 网路管理 6) 安全预警与告警管理 7) 安全策略管理 8) 工单管理 9) 知识库管路 10) 专家辅助决策管理 11) 报表管理 12) 分级管理 系统可以分为三大组件：伺服器（Server）、代理（Agent）和资料库（Database）。代理（Agent）负责在网路中采集全网安全事件，预处理（对原始安全事件进行收集、过滤、归并等操作）后传送给伺服器（Server）；伺服器负责对预处理后的安全事件进行集中分析、回响、可视化输出以及做出专家建议；资料库则负责集中存储预处理后的安全事件。 技术发展 积体电路的发展已有40年的历史，它一直遵循摩尔所指示的规律推进，现已进入深亚微米阶段。由于信息市场的需求和微电子自身的发展，引发了以微细加工（积体电路特征尺寸不断缩小）为主要特征的多种工艺集成技术和面向套用的系统级晶片的发展。随着半导体产业进入超深亚微米乃至纳米加工时代，在单一积体电路晶片上就可以实现一个复杂的电子系统，诸如手机晶片、数位电视晶片、DVD 晶片等。在未来几年内，上亿个电晶体、几千万个逻辑门都可望在单一晶片上实现。 SoC (System - on - Chip)设计技术始于20世纪90年代中期，随着半导体工艺技术的发展，IC设计者能够将愈来愈复杂的功能集成到单矽片上， SoC正是在积体电路( IC)向集成系统( IS)转变的大方向下产生的。1994年Motorola发布的FlexCore系统(用来制作基于68000和PowerPC的定制微处理器)和1995年LSILogic公司为Sony公司设计的SoC，可能是基于IP( IntellectualProperty)核完成SoC设计的最早报导。由于SoC可以充分利用已有的设计积累，显著地提高了ASIC的设计能力，因此发展非常迅速，引起了工业界和学术界的关注。 SOC是积体电路发展的必然趋势，是技术发展的必然，也是IC 产业未来的发展。 技术特点 半导体工艺技术的系统集成 软体系统和硬体系统的集成 优势 降低耗电量 减少体积 增加系统功能 提高速度 节省成本 存在问题 当前晶片设计业正面临着一系列的挑战，系统晶片SoC已经成为IC设计业界的焦点， SoC性能越来越强，规模越来越大。SoC晶片的规模一般远大于普通的ASIC，同时由于深亚微米工艺带来的设计困难等，使得SoC设计的复杂度大大提高。在SoC设计中，仿真与验证是SoC设计流程中最复杂、最耗时的环节，约占整个晶片开发周期的50%～80% ，采用先进的设计与仿真验证方法成为SoC设计成功的关键。SoC技术的发展趋势是基于SoC开发平台，基于平台的设计是一种可以达到最大程度系统重用的面向集成的设计方法，分享IP核开发与系统集成成果，不断重整价值链，在关注面积、延迟、功耗的基础上，向成品率、可靠性、电磁干扰（EMI） 噪声、成本、易用性等转移，使系统级集成能力快速发展。 所谓SoC技术，是一种高度集成化、固件化的系统集成技术。使用SoC技术设计系统的核心思想，就是要把整个套用电子系统全部集成在一个晶片中。在使用SoC技术设计套用系统，除了那些无法集成的外部电路或机械部分以外，其他所有的系统电路全部集成在一起。 核心技术 系统功能集成是SoC的核心技术 在传统的套用电子系统设计中，需要根据设计要求的功能模组对整个系统进行综合，即根据设计要求的功能，寻找相应的积体电路，再根据设计要求的技术指标设计所选电路的连线形式和参数。这种设计的结果是一个以功能积体电路为基础，器件分散式的套用电子系统结构。设计结果能否满足设计要求不仅取决于电路晶片的技术参数，而且与整个系统PCB版图的电磁兼容特性有关。同时，对于需要实现数位化的系统，往往还需要有单片机等参与，所以还必须考虑分散式系统对电路固件特性的影响。很明显，传统套用电子系统的实现采用的是分布功能综合技术。 对于SoC来说，套用电子系统的设计也是根据功能和参数要求设计系统，但与传统方法有着本质的差别。SoC不是以功能电路为基础的分散式系统综合技术。而是以功能IP为基础的系统固件和电路综合技术。首先，功能的实现不再针对功能电路进行综合，而是针对系统整体固件实现进行电路综合，也就是利用IP技术对系统整体进行电路结合。其次，电路设计的最终结果与IP功能模组和固件特性有关，而与PCB板上电路分块的方式和连线技术基本无关。因此，使设计结果的电磁兼容特性得到极大提高。换句话说，就是所设计的结果十分接近理想设计目标。 SoC设计的关键技术主要包括汇流排架构技术、IP核可复用技术、软硬体协同设计技术、SoC验证技术、可测性设计技术、低功耗设计技术、超深亚微米电路实现技术等，此外还要做嵌入式软体移植、开发研究，是一门跨学科的新兴研究领域。 设计思想 固件集成是SoC的基础设计思想 在传统分散式综合设计技术中，系统的固件特性往往难以达到最优，原因是所使用的是分散式功能综合技术。一般情况下，功能积体电路为了满足尽可能多的使用面，必须考虑两个设计目标：一个是能满足多种套用领域的功能控制要求目标；另一个是要考虑满足较大范围套用功能和技术指标。因此，功能积体电路（也就是定制式积体电路）必须在I/O和控制方面附加若干电路，以使一般用户能得到尽可能多的开发性能。但是，定制式电路设计的套用电子系统不易达到最佳，特别是固件特性更是具有相当大的分散性。 对于SoC来说，从SoC的核心技术可以看出，使用SoC技术设计套用电子系统的基本设计思想就是实现全系统的固件集成。用户只须根据需要选择并改进各部分模组和嵌入结构，就能实现充分最佳化的固件特性，而不必花时间熟悉定制电路的开发技术。固件基础的突发优点就是系统能更接近理想系统，更容易实现设计要求。 基本结构 嵌入式系统是SoC的基本结构 在使用SoC技术设计的套用电子系统中，可以十分方便地实现嵌入式结构。各种嵌入结构的实现十分简单，只要根据系统需要选择相应的核心，再根据设计要求选择之相配合的IP模组，就可以完成整个系统硬体结构。尤其是采用智慧型化电路综合技术时，可以更充分地实现整个系统的固件特性，使系统更加接近理想设计要求。必须指出，SoC的这种嵌入式结构可以大大地缩短套用系统设计开发周期。 设计基础 IP是SoC的设计基础 传统套用电子设计工程师面对的是各种定制式积体电路，而使用SoC技术的电子系统设计工程师所面对的是一个巨大的IP库，所有设计工作都是以IP模组为基础。SoC技术使套用电子系统设计工程师变成了一个面向套用的电子器件设计工程师西叉欧。由此可见，SoC是以IP模组为基础的设计技术，IP是SoC套用的基础。 设计过程 SoC技术中的不同阶段 用SoC技术设计套用电子系统的几个阶段如图1所示。在功能设计阶段，设计者必须充分考虑系统的固件特性，并利用固件特性进行综合功能设计。当功能设计完成后，就可以进入IP综合阶段。IP综合阶段的任务利用强大的IP库实现系统的功能IP结合结束后，首先进行功能仿真，以检查是否实现了系统的设计功能要求。功能仿真通过后，就是电路仿真，目的是检查IP模组组成的电路能否实现设计功能并达到相应的设计技术指标。设计的最后阶段是对制造好的SoC产品进行相应的测试，以便调整各种技术参数，确定套用参数。 设计方法学 1、设计重用技术 数百万门规模的系统级晶片设计，不能一切从头开始，要将设计建立在较高的层次上。需要更多地采用IP复用技术，只有这样，才能较快地完成设计，保证设计成功，得到价格低的 SoC，满足市场需求。 设计再利用是建立在芯核(CORE)基础上的，它是将己经验证的各种超级宏单元模组电路制成芯核，以便以后的设计利用。芯核通常分为三种，一种称为硬核，具有和特定工艺相连系的物理版图，己被投片测试验证。可被新设计作为特定的功能模组直接调用。第二种是软核，是用硬体描述语言或C语言写成，用于功能仿真。第三种是固核(firm core)，是在软核的基础上开发的，是一种可综合的并带有布局规划的软核。设计时候覆用方法在很大程度上要依靠固核，将RTL级描述结合具体标准单元库进行逻辑综合最佳化，形成门级网表，再通过布局布线工具最终形成设计所需的硬核。这种软的RTL综合方法提供一些设计灵活性，可以结合具体套用，适当修改描述，并重新验证，满足具体套用要求。另外随着工艺技术的发展，也可利用新的库重新综合最佳化、布局布线、重新验证以获得新工艺条件下的硬核。用这种方法实现设计再利用和传统的模组设计方法相比其效率可以提高2－3倍，因此，0.35um工艺以前的设计再利用多用这种RTL软核 2、综合方法实现 随着工艺技术的发展，深亚微米(DSM)使系统级晶片更大更复杂。这种综合方法将遇到新的问题，因为随着工艺向0.18um或更小尺寸发展，需要精确处理的不是门延迟而是互连线延迟。再加之数百兆的时钟频率，信号间时序关系十分严格，因此很难用软的RTL综合方法达到设计再利用的目的。 建立在芯核基础上的系统级晶片设计，使设计方法从电路设计转向系统设计，设计重心将从今天的逻辑综合、门级布局布线、后模拟转向系统级模拟，软硬体联合仿真，以及若干个芯核组合在一起的物理设计。迫使设计业向两极分化，一是转向系统，利用IP设计高性能高复杂的专用系统。另一方面是设计DSM下的芯核步入物理层设计，使DSM芯核 能更好并可预测。 3、低功耗的设计技术 系统级晶片因为百万门以上的集成度和数百兆时钟频率下工作，将有数十瓦乃至上百瓦的功耗。巨大的功耗给使用封装以及可靠性方面都带来问题，因此降低功耗的设计是系统级晶片设计的必然要求。设计中应从多方面着手降低晶片功耗。 套用动态 2014年8月20日，国产彩电巨头创维在京召开以“见证奇G的时刻”为主题的新品发布会，高调发布全球首款GLED电视。此次发布会堪称重量级，不仅创维集团高层领导悉数出席，更是邀请到工信部刁司长，以及国内160余家主流媒体及行业专家。 会上工信部刁司长发表了讲话，讲话内容表示：创维集团与华为海思以项目为纽带结成了紧密的合作伙伴，并成功研制我国首款自主研发并成功实现量产的高端智慧型电视晶片，晶片性能优于市场同类晶片，对改变我国彩电行业缺芯少屏的局面，提升电子信息产业核心竞争力有着重要的意义！ 2014年8月21日《新闻联播》报导：“中国本土企业创维联合海思自主研发的智慧型电视SOC晶片研制成功并首次实现量产。搭载这款晶片的创维GLED新品的系统速度、解码能力等智慧型电视核心性能居行业领先水平。”同时，创维此“智慧型电视SOC晶片研发及产业化”项目已经申报“核心电子器件、高端通用晶片及基础软体产品”国家科技重大专项(简称“核高基重大专项”)课题，创维将与海思在晶片定义、晶片验证、晶片的整机研发和产业化等核心领域展开深度合作。首批搭载此晶片的创维G8200系列新品4000台已于2014年8月20日上市。