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集成电路技术发展之路

发布时间:2016/06/17浏览次数:

一、总体情况

  集成电路产业是关系国民经济和社会发展全局的基础性、先导性和战略性产业,是电子信息产业的核心,是关系到国家经济社会安全、国防建设极其重要的基础产业。集成电路产业的竞争力已经成为衡量国家间经济和信息产业可持续发展水平的重要标志,是世界各先进技术国抢占经济科技制高点、提升综合国力的重要领域。

  新世纪以来,我国的集成电路科技与产业在国务院国发200018号)文件和各级地方政府的持续支持下,获得了长足进步,取得了一系列重要成果:

  (一)集成电路产业链格局日渐完善

  中国集成电路产业结构逐步由小而全的综合制造模式逐步走向设计、制造、封装测试三业并举,各自相对独立发展的格局。目前,中国集成电路产业已经形成了集成电路设计、芯片制造、封装测试及支撑配套业共同发展的较为完善的产业链格局。

  (二)集成电路设计产业群聚效应日益凸现

  以上海为中心的长江三角洲地区、以北京为中心的环渤海地区以及以深圳为中心的珠江三角洲地区已经成为国内集成电路产业集中分布的区域。全国集成电路设计、制造和封装产业90%以上的销售收入集中于以上三个地区。其中,包括上海、江苏和浙江的长江三角洲地区是国内最主要的集成电路制造基地,在国内集成电路产业中占有重要地位。

  (三)集成电路设计技术水平显著提高

  国内集成电路设计企业的技术开发实力也有显著的提高,已经取得多项掌握核心技术的研发成果。2000年以来,申威高性能CPU龙芯众志桌面计算机用CPU、苏州国芯C*Core和杭州中天CK-Core嵌入式CPUIP核、智能卡集成电路芯片、第二代居民身份证专用芯片、自主高清电视(HDTV)标准和自主音视频标准AVS芯片、华为网络通讯交换装备核心系统芯片、大唐电信COMIPTM和展讯移动通信终端SoC、超大规模集成电路制造工艺、智能卡芯片专用工艺及高压特色工艺等技术和产品都取得了重要成果,大部分成果取得了产品化和产业化的重大进展,并获得国家科技进步奖励。

  (四)人才培养和引进开始显现成果

  集成电路是知识密集型的高技术产业,其持续、快速、健康的发展需要大量高水平的人才。但是,人才匮乏,人员流失严重却一直是困扰我国集成电路科技和产业发展的主要问题之一。为扭转这一局面,加大集成电路专业人才的培养力度,2003年国务院科教领导小组批准实施国家科技重大专项——集成电路与软件重大专项,并实施了国家集成电路人才培养基地计划。随后教育部、科技部批准建设国家集成电路人才培养基地。

二、集成电路设计

  集成电路设计业是包括中国在内的全球整个集成电路产业中最为活跃的部分。集成电路设计企业在新兴产品的开发上扮演着关键作用。在中央处理器(CPU)、数字信号处理器(DSP)、半导体存储器、可编程逻辑阵列(FPGA)、专用集成电路(ASIC)和系统芯片(SoC)等主流产品领域,都可以发现集成电路设计企业的身影。在过去的十年间,我国集成电路设计业在CPU、智能卡专用芯片、3G通信芯片、数字电视芯片、第二代居民身份证芯片等领域取得了令人瞩目的成果。

  (一)自主知识产权CPU

CPU被誉为电子信息产品的心脏,是集成电路产品的制高点。十年间,我国在超级计算机用高性能CPU、桌面计算机/服务器CPU和嵌入式CPU领域取得了一系列重要突破,部分产品达到国际领先水平,极大地提高了我国在CPU领域的科技水平和支撑电子信息产业发展的能力。


  在超级计算机用高性能CPU领域,我国实现了从无到有的重大历史跨越。经过十余年不懈努力,掌握了高性能CPU体系架构设计的核心技术,突破了微结构设计、Cache设计、核间通信、总线设计、存储器接口设计、低功耗设计、可靠性及安全性设计等关键技术,达到了国际领先水平。

(二)第三代移动通信芯片

近年来,在我国科技工作者坚持不懈的共同努力下,我国的通信集成电路技术和产业取得了长足的进步。特别是进入新世纪后的十年中,在党和政府的高度重视和强有力的政策支持下,大唐电信和展讯通信等通信专用集成电路企业不断取得技术创新和产品研发的突破,成功研制了我国自主的移动通信终端SoC芯片,并持续不断地向前发展。近期展讯通信采用40nm工艺研制成功移动通信终端专用芯片,标志着我国移动通信终端SoC迈进国际先进水平,总体技术水平明显提升。

(三)数字电视芯片

自主高清晰度电视(HDTV)标准的芯片开发,为自主HDTV标准的产业化推广应用提供了实现的可能,成为通过标准制订推动我国数字电视产业健康发展最重要的产品支撑。

2006年正式发布GB20600-2006《数字电视地面广播传输系统帧结构、信道编码和调制》(简称DTMB标准)和GB/T20090.2-2006《信息技术先进音视频编码第2部分:视频》(简称AVS标准)。

目前DTMB作为我国地面数字电视传输的强制性标准,已经完成300个地级以上的城市的全覆盖,并同时在20多个国家和地区进行推广应用,目前市场上能够提供DTMB国标地面解调芯片的主要供应商包括:高拓讯达、上海高清、杭州国芯、北京海尔等。AVS芯片开发商也有20多家(我国大陆9家、台湾4家,美、欧、日、韩共10家),其中杭州国芯科技股份有限公司和北京海尔集成电路有限公司均已实现了大规模产业化,并已形成系列产品。AVS已经在浙江、湖南、河南、辽宁、河北、江苏等地及斯里兰卡、老挝、古巴等多国实现了大规模应用,全球范围内采用AVS标准播出的数字电视频道数已经超过600套。

(四)动态随机存储器

动态随机存储器(DRAM)与中央处理器(CPU)、数字信号处理器(DSP)和可编程逻辑阵列器件(FPGA)并称四大高端通用芯片,是计算机系统的两大核心部件之一,是电子信息领域的重大战略性支柱产品。长期以来,我国的DRAM产品全部依赖国外,中国市场每年对DRAM的需求超过130亿美元,且在以每年两位数快速增长,市场主要由韩、日、美三国企业所垄断。研发中国自己的高性能、大容量DRAM对于发展自主可控的中国电子信息产业具有重大战略意义。

但是,DRAM产业对制造技术要求高,设计复杂,生产线投资巨大,知识产权壁垒高,我国企业在过去20多年中虽然不断努力,但终因各种条件的限制,未能有所突破。2008年,山东华芯半导体公司抓住全球DRAM的主要生产商——德国奇梦达公司破产清算的有利时机,收购了奇梦达在中国西安的研发中心,并通过授权等方式获得了奇梦达公司基于65nmBWL工艺平台的芯片与模组设计,晶圆、颗粒及模组测试等相关的专利、Knowhow等知识产权和开发工具,以及上万件专利的使用权,扫清了自主发展DRAM产品的知识产权障碍,拥有了优秀的人才资源、技术资源和设备资源等,具备了发展自主DRAM产品的基础条件。

(五)智能卡专用芯片

随着我国在上世纪90年代中期开始全面部署以GSM为代表的移动通信系统,SIM卡成为不可或缺的关键产品。遗憾的是,当时我国每年发行的数千万张SIM卡全部为国外产品所垄断。鉴于以SIM卡为代表的电信智能卡在信息安全、国民经济发展、个人隐私保护和金融安全等方面的关键作用,中央政府高度重视并设立了包括移动通信专项、产业研发资金、国家科技计划和国家科技重大专项等一系列科技和产业化项目,支持自主电信智能卡的科技攻关和产业化。经过产学研结合及参研单位的共同努力,在电信智能卡技术上不断进步,形成了深厚的智能卡芯片专有技术积累,产生了一系列重大突破,为基于闪存的电信智能卡芯片的研发提供了强有力的技术保障。

(六)第二代居民身份证芯片

我国经济建设和社会发展中人流、物流、信息流日益活跃,居民身份证制度在证明公民合法身份、维护公民合法权益等方面的地位和作用越来越明显和重要,而我国第一代居民身份证制作工艺较为简单,科技含量较低,极易仿冒伪造,已远远不能适应经济社会发展需要。

为满足第二代身份证芯片的需求,业内公司、科研单位、大专院校等多个单位开展了多项专题技术攻关:重点研究第二代居民身份证专用芯片抗静电放电(ESD)可靠性设计技术、芯片安全性设计关键技术、卡片与机具的适应性设计关键技术、芯片模块工艺优化技术、芯片可靠性评价技术、芯片应用安全性评估技术、芯片失效机理分析等关键技术;取得了ESD保护电路设计技术、非接触芯片调制技术、非接触稳压电路技术、多通道测试技术、噪声检测技术、真随机数发生器电路设计技术、防攻击安全性设计技术、非接触阅读器调制技术、非接触卡条带优化技术、非接触模块抗压测量技术、芯片参数测试分析技术与装置、EEPROM寿命预测技术、失效分析技术、芯片失效统计分析方法和应用安全性评测方法等20项关键技术与方法成果,并成功应用于各公司的二代证专用芯片产品设计与优化。

摘自:中国半导体行业协会 《集成电路十年发展》 清华大学 魏少军

编辑:谢敏  / 审核:  / 发布者:

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