姓名：于川皓 學(xué)號：16140210089
轉(zhuǎn)載自：https://www.zhihu.com/people/zheng-jian-2
【嵌牛導(dǎo)讀】：集成電路的發(fā)展過程是什么樣的？基本原理又是什么？那么集成電路產(chǎn)生之前的問題是什么呢
【嵌牛鼻子】：集成電路
【嵌牛提問】：集成電路的發(fā)展過程是什么樣的？基本原理又是什么？
【嵌牛正文】：
集成電路的發(fā)展過程是什么樣的？基本原理又是什么？那么集成電路產(chǎn)生之前的問題是什么呢？我們看一下1942年在美國誕生的世界上第一臺電子計算機(jī)，它是一個占地150平方米、重達(dá)30噸的龐然大物，里面的電路使用了17468只電子管、7200只電阻、10000只電容、50萬條線，耗電量150千瓦[1]。顯然，占用面積大、無法移動是它最直觀和突出的問題；如果能把這些電子元件和連線集成在一小塊載體上該有多好！我們相信，有很多人思考過這個問題，也提出過各種想法。典型的如英國雷達(dá)研究所的科學(xué)家達(dá)默，他在1952年的一次會議上提出：可以把電子線路中的分立元器件，集中制作在一塊半導(dǎo)體晶片上，一小塊晶片就是一個完整電路，這樣一來，電子線路的體積就可大大縮小，可靠性大幅提高。這就是初期集成電路的構(gòu)想，晶體管的發(fā)明使這種想法成為了可能，1947年在美國貝爾實驗室制造出來了第一個晶體管，而在此之前要實現(xiàn)電流放大功能只能依靠體積大、耗電量大、結(jié)構(gòu)脆弱的電子管。晶體管具有電子管的主要功能，并且克服了電子管的上述缺點(diǎn)，因此在晶體管發(fā)明后，很快就出現(xiàn)了基于半導(dǎo)體的集成電路的構(gòu)想，也就很快發(fā)明出來了集成電路。杰克·基爾比（Jack Kilby）和羅伯特·諾伊斯（Robert Noyce）在1958~1959期間分別發(fā)明了鍺集成電路和硅集成電路[2-3]。
講完了歷史，我們再來看現(xiàn)狀。集成電路已經(jīng)在各行各業(yè)中發(fā)揮著非常重要的作用，是現(xiàn)代信息社會的基石。集成電路的含義，已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了其剛誕生時的定義范圍，但其最核心的部分，仍然沒有改變，那就是“集成”，其所衍生出來的各種學(xué)科，大都是圍繞著“集成什么”、“如何集成”、“如何處理集成帶來的利弊”這三個問題來開展的。硅集成電路是主流，就是把實現(xiàn)某種功能的電路所需的各種元件都放在一塊硅片上，所形成的整體被稱作集成電路。對于“集成”，想象一下我們住過的房子可能比較容易理解：很多人小時候都住過農(nóng)村的房子，那時房屋的主體也許就是三兩間平房，發(fā)揮著臥室的功能，門口的小院子擺上一副桌椅，就充當(dāng)客廳，旁邊還有個炊煙裊裊的小矮屋，那是廚房，而具有獨(dú)特功能的廁所，需要有一定的隔離，有可能在房屋的背后，要走上十幾米……后來，到了城市里，或者鄉(xiāng)村城鎮(zhèn)化，大家都住進(jìn)了樓房或者套房，一套房里面，有客廳、臥室、廚房、衛(wèi)生間、陽臺，也許只有幾十平方米，卻具有了原來占地幾百平方米的農(nóng)村房屋的各種功能，這就是集成。
當(dāng)然現(xiàn)如今的集成電路，其集成度遠(yuǎn)非一套房能比擬的，或許用一幢摩登大樓可以更好地類比：地面上有商鋪、辦公、食堂、酒店式公寓，地下有幾層是停車場，停車場下面還有地基——這是集成電路的布局，模擬電路和數(shù)字電路分開，處理小信號的敏感電路與翻轉(zhuǎn)頻繁的控制邏輯分開，電源單獨(dú)放在一角。每層樓的房間布局不一樣，走廊也不一樣，有回字形的、工字形的、幾字形的——這是集成電路器件設(shè)計，低噪聲電路中可以用折疊形狀或“叉指”結(jié)構(gòu)的晶體管來減小結(jié)面積和柵電阻。各樓層直接有高速電梯可達(dá)，為了效率和功能隔離，還可能有多部電梯，每部電梯能到的樓層不同——這是集成電路的布線，電源線、地線單獨(dú)走線，負(fù)載大的線也寬；時鐘與信號分開；每層之間布線垂直避免干擾；CPU與存儲之間的高速總線，相當(dāng)于電梯，各層之間的通孔相當(dāng)于電梯間……
特點(diǎn)
集成電路或稱微電路（microcircuit）、微芯片（microchip）、芯片（chip）在電子學(xué)中是一種把電路（主要包括半導(dǎo)體裝置，也包括被動元件等）小型化的方式，并通常制造在半導(dǎo)體晶圓表面上。
前述將電路制造在半導(dǎo)體芯片表面上的集成電路又稱薄膜（thin-film）集成電路。另有一種厚膜（thick-film）混成集成電路（hybrid integrated circuit）是由獨(dú)立半導(dǎo)體設(shè)備和被動元件，集成到襯底或線路板所構(gòu)成的小型化電路。
本文是關(guān)于單片（monolithic）集成電路，即薄膜集成電路。
集成電路具有體積小，重量輕，引出線和焊接點(diǎn)少，壽命長，可靠性高，性能好等優(yōu)點(diǎn)，同時成本低，便于大規(guī)模生產(chǎn)。它不僅在工、民用電子設(shè)備如收錄機(jī)、電視機(jī)、計算機(jī)等方面得到廣泛的應(yīng)用，同時在軍事、通訊、遙控等方面也得到廣泛的應(yīng)用。用集成電路來裝配電子設(shè)備，其裝配密度比晶體管可提高幾十倍至幾千倍，設(shè)備的穩(wěn)定工作時間也可大大提高。
分類
功能結(jié)構(gòu)
集成電路，又稱為IC，按其功能、結(jié)構(gòu)的不同，可以分為模擬集
成電路、數(shù)字集成電路和數(shù)/模混合集成電路三大類。
模擬集成電路又稱線性電路,用來產(chǎn)生、放大和處理各種模擬信號（指幅度隨時間變化的信號。例如半導(dǎo)體收音機(jī)的音頻信號、錄放機(jī)的磁帶信號等），其輸入信號和輸出信號成比例關(guān)系。而數(shù)字集成電路用來產(chǎn)生、放大和處理各種數(shù)字信號（指在時間上和幅度上離散取值的信號。例如3G手機(jī)、數(shù)碼相機(jī)、電腦CPU、數(shù)字電視的邏輯控制和重放的音頻信號和視頻信號）。
制作工藝
集成電路按制作工藝可分為半導(dǎo)體集成電路和膜集成電路。
膜集成電路又分類厚膜集成電路和薄膜集成電路。
集成度高低
集成電路按集成度高低的不同可分為：
SSIC 小規(guī)模集成電路(Small Scale Integrated circuits)
MSIC 中規(guī)模集成電路(Medium Scale Integrated circuits)
LSIC 大規(guī)模集成電路(Large Scale Integrated circuits)
VLSIC 超大規(guī)模集成電路(Very Large Scale Integrated circuits)
ULSIC特大規(guī)模集成電路(Ultra Large Scale Integrated circuits)
GSIC 巨大規(guī)模集成電路也被稱作極大規(guī)模集成電路或超特大規(guī)模集成電路(Giga Scale Integration)。
導(dǎo)電類型不同
集成電路按導(dǎo)電類型可分為雙極型集成電路和單極型集成電路，他們都是數(shù)字集成電路。
雙極型集成電路的制作工藝復(fù)雜，功耗較大，代表集成電路有TTL、ECL、HTL、LST-TL、STTL等類型。單極型集成電路的制作工藝簡單，功耗也較低，易于制成大規(guī)模集成電路，代表集成電路有CMOS、NMOS、PMOS等類型。
按用途
集成電路按用途可分為電視機(jī)用集成電路、音響用集成電路、影碟機(jī)用集成電路、錄像機(jī)用集成電
路、電腦（微機(jī)）用集成電路、電子琴用集成電路、通信用集成電路、照相機(jī)用集成電路、遙控集成電路、語言集成電路、報警器用集成電路及各種專用集成電路。
1.電視機(jī)用集成電路包括行、場掃描集成電路、中放集成電路、伴音集成電路、彩色解碼集成電路、AV/TV轉(zhuǎn)換集成電路、開關(guān)電源集成電路、遙控集成電路、麗音解碼集成電路、畫中畫處理集成電路、微處理器（CPU）集成電路、存儲器集成電路等。
2.音響用集成電路包括AM/FM高中頻電路、立體聲解碼電路、音頻前置放大電路、音頻運(yùn)算放大集成電路、音頻功率放大集成電路、環(huán)繞聲處理集成電路、電平驅(qū)動集成電路，電子音量控制集成電路、延時混響集成電路、電子開關(guān)集成電路等。
3.影碟機(jī)用集成電路有系統(tǒng)控制集成電路、視頻編碼集成電路、MPEG解碼集成電路、音頻信號處理集成電路、音響效果集成電路、RF信號處理集成電路、數(shù)字信號處理集成電路、伺服集成電路、電動機(jī)驅(qū)動集成電路等。
4.錄像機(jī)用集成電路有系統(tǒng)控制集成電路、伺服集成電路、驅(qū)動集成電路、音頻處理集成電路、視頻處理集成電路。
5.計算機(jī)集成電路，包括中央控制單元（CPU）、內(nèi)存儲器、外存儲器、I/O控制電路等。
6.通信集成電路
7.專業(yè)控制集成電路
按應(yīng)用領(lǐng)域分
集成電路按應(yīng)用領(lǐng)域可分為標(biāo)準(zhǔn)通用集成電路和專用集成電路。
按外形分
集成電路按外形可分為圓形（金屬外殼晶體管封裝型，一般適合用于大功率）、扁平型（穩(wěn)定性好，體積小）和雙列直插型。
簡史
世界集成電路發(fā)展歷史
1947年：美國貝爾實驗室的約翰·巴丁、布拉頓、肖克萊三人發(fā)明了晶體管，這是微電子技術(shù)發(fā)展中第一個里程碑；
1950年：結(jié)型晶體管誕生
1950年： R Ohl和肖克萊發(fā)明了離子注入工藝
1951年：場效應(yīng)晶體管發(fā)明
1956年：C S Fuller發(fā)明了擴(kuò)散工藝
1958年：仙童公司Robert Noyce與德儀公司基爾比間隔數(shù)月分別發(fā)明了集成電路，開創(chuàng)了世界微電子學(xué)的歷史；
1960年：H H Loor和E Castellani發(fā)明了光刻工藝
1962年：美國RCA公司研制出MOS場效應(yīng)晶體管
1963年：F.M.Wanlass和C.T.Sah首次提出CMOS技術(shù)，今天，95%以上的集成電路芯片都是基于CMOS工藝
1964年：Intel摩爾提出摩爾定律，預(yù)測晶體管集成度將會每18個月增加1倍
1966年：美國RCA公司研制出CMOS集成電路，并研制出第一塊門陣列（50門），為現(xiàn)如今的大規(guī)模集成電路發(fā)展奠定了堅實基礎(chǔ)，具有里程碑意義
1967年：應(yīng)用材料公司（Applied Materials）成立，現(xiàn)已成為全球最大的半導(dǎo)體設(shè)備制造公司
1971年：Intel推出1kb動態(tài)隨機(jī)存儲器（DRAM），標(biāo)志著大規(guī)模集成電路出現(xiàn)
1971年：全球第一個微處理器4004由Intel公司推出，采用的是MOS工藝，這是一個里程碑式的發(fā)明
1974年：RCA公司推出第一個CMOS微處理器1802
1976年：16kb DRAM和4kb SRAM問世
1978年：64kb動態(tài)隨機(jī)存儲器誕生，不足0.5平方厘米的硅片上集成了14萬個晶體管，標(biāo)志著超大規(guī)模集成電路（VLSI）時代的來臨
1979年：Intel推出5MHz 8088微處理器，之后，IBM基于8088推出全球第一臺PC
1981年：256kb DRAM和64kb CMOS SRAM問世
1984年：日本宣布推出1Mb DRAM和256kb SRAM
1985年：80386微處理器問世，20MHz
1988年：16M DRAM問世，1平方厘米大小的硅片上集成有3500萬個晶體管，標(biāo)志著進(jìn)入超大規(guī)模集成電路（VLSI）階段
1989年：1Mb DRAM進(jìn)入市場
1989年：486微處理器推出，25MHz，1μm工藝，后來50MHz芯片采用 0.8μm工藝
1992年：64M位隨機(jī)存儲器問世
1993年：66MHz奔騰處理器推出，采用0.6μm工藝
1995年：Pentium Pro, 133MHz，采用0.6-0.35μm工藝；
1997年：300MHz奔騰Ⅱ問世，采用0.25μm工藝
1999年：奔騰Ⅲ問世，450MHz，采用0.25μm工藝，后采用0.18μm工藝
2000年：1Gb RAM投放市場
2000年：奔騰4問世，1.5GHz，采用0.18μm工藝
2001年：Intel宣布2001年下半年采用0.13μm工藝。
2003年：奔騰4 E系列推出，采用90nm工藝。
2005年：intel 酷睿2系列上市，采用65nm工藝。
2007年：基于全新45納米High-K工藝的intel酷睿2 E7/E8/E9上市。
2009年：intel酷睿i系列全新推出，創(chuàng)紀(jì)錄采用了領(lǐng)先的32納米工藝，并且下一代22納米工藝正在研發(fā)。
我國集成電路發(fā)展歷史
我國集成電路產(chǎn)業(yè)誕生于六十年代，共經(jīng)歷了三個發(fā)展階段：
1965年-1978年：以計算機(jī)和軍工配套為目標(biāo)，以開發(fā)邏輯電路為主要產(chǎn) 品，初步建立集成電路工業(yè)基礎(chǔ)及相關(guān)設(shè)備、儀器、材料的配套條件
1978年-1990年：主要引進(jìn)美國二手設(shè)備，改善集成電路裝備水平，在“治散治亂”的同時，以消費(fèi)類整機(jī)作為配套重點(diǎn)，較好地解決了彩電集成電路的國產(chǎn)化
1990年-2000年：以908工程、909工程為重點(diǎn)，以CAD為突破口，抓好科技攻關(guān)和北方科研開發(fā)基地的建設(shè)，為信息產(chǎn)業(yè)服務(wù)，集成電路行業(yè)取得了新的發(fā)展。
集成電路產(chǎn)業(yè)是對集成電路產(chǎn)業(yè)鏈各環(huán)節(jié)市場銷售額的總體描述，它不僅僅包含集成電路市場，也包括IP核市場、EDA市場、芯片代工市場、封測市場，甚至延伸至設(shè)備、材料市場。
集成電路產(chǎn)業(yè)不再依賴CPU、存儲器等單一器件發(fā)展，移動互聯(lián)、三網(wǎng)融合、多屏互動、智能終端帶來了多重市場空間，商業(yè)模式不斷創(chuàng)新為市場注入新活力。目前我國集成電路產(chǎn)業(yè)已具備一定基礎(chǔ)，多年來我國集成電路產(chǎn)業(yè)所聚集的技術(shù)創(chuàng)新活力、市場拓展能力、資源整合動力以及廣闊的市場潛力，為產(chǎn)業(yè)在未來5年～10年實現(xiàn)快速發(fā)展、邁上新的臺階奠定了基礎(chǔ)。
