集成電路設(shè)計(jì)論文精選(九篇)

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第1篇：集成電路設(shè)計(jì)論文范文

（1）盡量遠(yuǎn)離大型礦山，軍事工程等配套設(shè)施，以減少輸電線路建設(shè)的風(fēng)險(xiǎn)對(duì)當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)和環(huán)境，同時(shí)避免不良地質(zhì)區(qū)，并盡量選擇靠近國(guó)道，省級(jí)的位置選擇在該路徑不僅可以改善交通的運(yùn)行，也方便了項(xiàng)目的建設(shè)。

（2）對(duì)應(yīng)設(shè)置傳輸線，傳輸線的設(shè)計(jì)應(yīng)該設(shè)置成為具有高度對(duì)應(yīng)項(xiàng)，使電廠按照詳細(xì)規(guī)劃和變電站的設(shè)計(jì)相一致的特定方案，限制區(qū)域要使用相同的塔架設(shè)回直立設(shè)施。

（3）要選擇合適的導(dǎo)線長(zhǎng)度。兩個(gè)分站之間的線路長(zhǎng)度是盡可能短，以避免電力功率的損耗。并且選擇材料上要注意材料本身的電阻值、密度、延展性等問(wèn)題，避免由于導(dǎo)線材料選擇不當(dāng)造成導(dǎo)線自重過(guò)大造成危險(xiǎn)，也應(yīng)該避免相應(yīng)電阻值過(guò)大的導(dǎo)線材料造成導(dǎo)線發(fā)熱出現(xiàn)火災(zāi)。

（4）根據(jù)高差和間距設(shè)置，以避免電線塔間距輸電線路選線過(guò)大，由于地面沉降，如過(guò)度的風(fēng)偏的現(xiàn)象最終造成導(dǎo)線垂低等不良后果。

2輸電線路工程設(shè)計(jì)與施工的管理和控制要點(diǎn)

根據(jù)所處環(huán)境的不同，輸電線路的施工非常容易受到各種外界因素的影響和破壞，因而，發(fā)生事故的概率很大。另外，導(dǎo)線在外的特點(diǎn)要求導(dǎo)線與地面、建筑物等設(shè)施之間要有一定的安全距離，因此造成輸電線路占地空間和線路廊道的增大，從而對(duì)土地的利用情況產(chǎn)生影響。下面，本文從幾個(gè)方面介紹輸電線路工程設(shè)計(jì)與施工過(guò)程中的管理和控制要點(diǎn)：

2.1輸電線路導(dǎo)線的選擇

傳輸線導(dǎo)體的主要作用是傳導(dǎo)電流，傳送功率，這是該部分的主要部分。電源線被設(shè)置在所述塔，不僅需要承受導(dǎo)線本身的重量，而且還由雪，雨，陽(yáng)光和溫度的影響，并因此，電線線路的選擇設(shè)置應(yīng)該選用機(jī)械強(qiáng)度高電氣性能更好。許多類型的傳輸線導(dǎo)體，該ACSR最廣泛的應(yīng)用，主要是由于該ACSR通常是由多股鋁導(dǎo)線絞合的形成引起的，是最好的導(dǎo)體的電流傳輸，鋼絲的內(nèi)部繩股，使強(qiáng)度提高該行也起到了非常重要的作用。在電力輸送網(wǎng)格系統(tǒng)中，電壓電平越高，傳輸容量，也能對(duì)外部環(huán)境的影響更加敏感。為了提高電力傳輸?shù)馁|(zhì)量和降低高頻通訊以及所選擇的電暈絲的干擾是非常重要的。在正常情況下，使用為確保引線組成的兩個(gè)或更多個(gè)高壓輸電線路，并根據(jù)傳輸容量、電流強(qiáng)度、供電密度、發(fā)熱的情況下、損失的最大金額去共同決定導(dǎo)線的橫截面的選擇電力和其他條件。有關(guān)符合導(dǎo)線質(zhì)量扭曲的機(jī)械張力，以滿足密封性要求和均勻性的金屬絲的表面內(nèi)的規(guī)定的購(gòu)買請(qǐng)求應(yīng)光滑，腐蝕斑點(diǎn)的條件和包含物不可以存在。

2.2輸電線路路徑的設(shè)計(jì)

1）圖上選線

圖上選線主要是指通過(guò)收集到的輸電線路周圍區(qū)域的航測(cè)圖、地形圖等信息，根據(jù)以往的經(jīng)驗(yàn)，標(biāo)識(shí)出其中的起點(diǎn)、終點(diǎn)和其他必經(jīng)的地點(diǎn)等位置，然后參考水文地質(zhì)、民航、交通氣象等相關(guān)資料，使線路路徑的選擇盡可能的避開較大的設(shè)施和其他影響區(qū)域，另外，考慮到不同地區(qū)的交通條件，要根據(jù)路徑最短的原則，規(guī)劃多個(gè)可實(shí)施方案，然后將這些方案進(jìn)行經(jīng)濟(jì)和技術(shù)上的對(duì)比，進(jìn)而選擇一個(gè)最優(yōu)的線路路徑方案。

2）現(xiàn)場(chǎng)選線

這一步驟的任務(wù)是將圖紙路線落實(shí)到實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)中，并進(jìn)行實(shí)地踏勘。該階段要求工作人員具有較強(qiáng)的毅力和耐性，因?yàn)橐粋€(gè)線路可能需要進(jìn)行多次的走訪和勘察才能最終確定。輸電線路的選擇要盡可能的避開地質(zhì)不良區(qū)域、果木林園、森林等地帶，同時(shí)還要檢查已經(jīng)存在的線路的覆冰情況，避免線路經(jīng)過(guò)嚴(yán)重覆冰的區(qū)域。最后，要對(duì)交通運(yùn)輸?shù)谋憷赃M(jìn)行充分考慮，以方便線路工程的施工和維護(hù)。

2.3輸電線路桿塔的設(shè)計(jì)施工

傳輸線塔是用來(lái)支持導(dǎo)線的設(shè)備，使之能不管在什么樣的天氣條件下，都能夠滿足的安全要求并確保電磁場(chǎng)的電絕緣性。傳輸線塔支撐結(jié)構(gòu)，因此，塔架構(gòu)造周期，運(yùn)輸時(shí)間和成本，以及建設(shè)成本等占有相當(dāng)大的部分。因此，要加強(qiáng)選擇和塔的施工隊(duì)伍設(shè)計(jì)的重點(diǎn)。著重注意設(shè)計(jì)的塔結(jié)構(gòu)，成本，尺寸，等等。根據(jù)情況的內(nèi)容。線路初步設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)嚴(yán)格按照該設(shè)計(jì)過(guò)程中的成本估算的有關(guān)規(guī)定，利用塔模型盡可能之前已經(jīng)實(shí)施的，如果你需要使用新塔將不得不反復(fù)研究，計(jì)算和科學(xué)實(shí)驗(yàn)，從而避免不必要的損失。

2.4輸電線路的其他內(nèi)容

首先，在輸電線路工程設(shè)計(jì)過(guò)程中，我們應(yīng)遵循實(shí)事求是的原則。例如，輸電線的選擇方面，線應(yīng)及時(shí)更新有關(guān)的技術(shù);在施工設(shè)備上線的選擇，盡量使用節(jié)能，高科技材料的;在設(shè)計(jì)方面行路，他們必須利用已經(jīng)成熟的手段。要加強(qiáng)重點(diǎn)輸電線路路徑優(yōu)化程度，不斷學(xué)習(xí)新的技能，并使用這些技能輸電線路的設(shè)計(jì)和施工服務(wù)。其次，根據(jù)輸電線路的建設(shè)，要運(yùn)用經(jīng)濟(jì)和先進(jìn)的開挖基坑與人工挖孔樁基礎(chǔ)技術(shù)，可有效降低混凝土的用量，節(jié)約工程投資，減少開挖方量，減少水和土壤，破壞周圍的塔的基底部的植被。此外，使用根據(jù)實(shí)際情況作適當(dāng)?shù)氖┕し椒ㄊ┕と藛T的要求，提高輸電線路基礎(chǔ)工程的質(zhì)量。最后，整個(gè)設(shè)計(jì)和建造輸電線路工程，加強(qiáng)對(duì)相關(guān)環(huán)節(jié)的管理。設(shè)計(jì)與施工輸電線路工程的重要組成部分，施工人員加強(qiáng)管理，包括工作人員和工程材料的管理，防止廢棄物胡亂丟棄現(xiàn)象的發(fā)生，而且還可以防止員工松弛狀況出現(xiàn)。

3結(jié)束語(yǔ)

第2篇：集成電路設(shè)計(jì)論文范文

關(guān)鍵詞:專用集成電路設(shè)計(jì);創(chuàng)新;教學(xué);探討

中圖分類號(hào):G424文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1009-3044(2010)04-0920-02

Discussing about How to Teach the "Design of Application-Specific Integrated Circuit" Course

WU Yu-hua

(Beijing Electronic Science and Technology Institute, Beijing 100070, China)

Abstract: "Design of Application-Specific Integrated Circuit" is an important specialty course. In this paper, we will discuss the teaching technique about this course of non-micro-electronics specialty. Combining the teaching practice, several teaching experiences about "Design of Application-Specific Integrated Circuit" course are summarized.

Key words: design of application-specific integrated circuit; innovate; teaching; discuss

《專用集成電路設(shè)計(jì)》是電氣信息類專業(yè)開設(shè)的一門比較重要的專業(yè)課。為了培養(yǎng)寬口徑、基礎(chǔ)扎實(shí)的集成電路設(shè)計(jì)人才,滿足IC行業(yè)對(duì)人才的大量需求,無(wú)論是在微電子專業(yè),還是在相關(guān)的其他電氣信息類專業(yè),不少重點(diǎn)高等院校都已經(jīng)開設(shè)了本門課程。在學(xué)生已經(jīng)掌握了模擬電子技術(shù)、數(shù)字電子技術(shù)和一定的晶體管原理知識(shí)的基礎(chǔ)上,通過(guò)學(xué)習(xí)《專用集成電路設(shè)計(jì)》課,進(jìn)行ASIC設(shè)計(jì)理論的學(xué)習(xí)和實(shí)踐的強(qiáng)化,進(jìn)一步掌握集成電路和電路系統(tǒng)的設(shè)計(jì)知識(shí),提高集成電路設(shè)計(jì)能力,增長(zhǎng)集成電路設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn);通過(guò)理論教學(xué)和實(shí)踐教學(xué),來(lái)加強(qiáng)電氣信息類專業(yè)學(xué)生的電路設(shè)計(jì)基礎(chǔ)、版圖設(shè)計(jì)基礎(chǔ)以及集成電路設(shè)計(jì)各環(huán)節(jié)的驗(yàn)證知識(shí)等,培養(yǎng)學(xué)生在集成電路設(shè)計(jì)方面的研究興趣,為后續(xù)課程的學(xué)習(xí)和進(jìn)一步的深造打好基礎(chǔ)。

由于專業(yè)建設(shè)和人才培養(yǎng)的需要,北京電子科技學(xué)院同樣開設(shè)了《專用集成電路設(shè)計(jì)》的專業(yè)選修課,授課對(duì)象是電子信息工程專業(yè)的本科生,由于非微電子的專業(yè)背景原因,他們并不具備足夠的半導(dǎo)體物理、晶體管原理等知識(shí),因此在本課程的教學(xué)過(guò)程中,必然要針對(duì)具體對(duì)象,調(diào)整教學(xué)內(nèi)容,創(chuàng)新教學(xué)思路,加強(qiáng)教學(xué)研究,找到一種適合于非微電子專業(yè)本科生的教學(xué)思想和教學(xué)方法。通過(guò)教學(xué)實(shí)踐,學(xué)生對(duì)于課程組在這一課程中的創(chuàng)新、探索和具體的教學(xué)方法比較認(rèn)可。這里把我們?cè)凇秾Ｓ眉呻娐吩O(shè)計(jì)》課教學(xué)實(shí)踐中的初步探索做一些總結(jié),希望與大家分享。

1 結(jié)合實(shí)際合理設(shè)置授課內(nèi)容,以學(xué)生能夠接受為目標(biāo)

電子信息工程專業(yè)的學(xué)生在學(xué)習(xí)《專用集成電路設(shè)計(jì)》課程之前,已經(jīng)系統(tǒng)地學(xué)習(xí)了《電路分析》、《模擬電子技術(shù)》、《數(shù)字電子技術(shù)》、《EDA技術(shù)》等有關(guān)電子技術(shù)和電路系統(tǒng)的課程,對(duì)于電路系統(tǒng)的設(shè)計(jì)已經(jīng)有了一定的理解,并進(jìn)行過(guò)比較系統(tǒng)的動(dòng)手實(shí)踐訓(xùn)練,為進(jìn)一步學(xué)習(xí)《專用集成電路設(shè)計(jì)》課程打下了比較堅(jiān)實(shí)的知識(shí)基礎(chǔ)和實(shí)踐基礎(chǔ)。但是由于專業(yè)背景的原因,該專業(yè)不太可能只是為了《專用集成電路設(shè)計(jì)》課而專門開設(shè)《半導(dǎo)體物理》、《晶體管原理》等這些在微電子專業(yè)才有的課程,因此,與微電子專業(yè)相比,電子信息工程專業(yè)的本科生欠缺有關(guān)晶體管原理和半導(dǎo)體工藝等方面的必要知識(shí)。在設(shè)置授課內(nèi)容時(shí),必然要考慮到這一點(diǎn),總的原則應(yīng)當(dāng)是以學(xué)生能夠接受、但又不應(yīng)該過(guò)于輕松接受為目標(biāo),而且要盡量避免與《EDA技術(shù)》等課程的知識(shí)重復(fù)。

根據(jù)我們的課程內(nèi)容設(shè)置原則,將《專用集成電路設(shè)計(jì)》課的講授內(nèi)容分為以下幾章:第一章:ASIC設(shè)計(jì)概述;第二章:CMOS邏輯;第三章:ASIC庫(kù)設(shè)計(jì);第四章:ASIC的前端設(shè)計(jì);第五章:ASIC的后端設(shè)計(jì);第六章:可測(cè)性設(shè)計(jì)技術(shù);第七章:SOC設(shè)計(jì)技術(shù)簡(jiǎn)介。在各章的講授中,占用課時(shí)較多的分別是第二章、第三章和第五章。在講授時(shí)強(qiáng)調(diào)培養(yǎng)學(xué)生的系統(tǒng)設(shè)計(jì)能力,使學(xué)生對(duì)專用集成電路的設(shè)計(jì)、制造、測(cè)試等一整套流程有一般性、整體性的了解,建立專用集成電路的基本概念和方法,了解IC領(lǐng)域的最新發(fā)展趨勢(shì),激發(fā)學(xué)生潛在的對(duì)集成電路前、后端設(shè)計(jì)的興趣。為了配合理論教學(xué),提升教學(xué)效果,還設(shè)置了合適的實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容。

2 注重實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果,以培養(yǎng)動(dòng)手實(shí)踐能力為目標(biāo)

集成電路設(shè)計(jì)類課程除了理論教學(xué)以外,實(shí)驗(yàn)教學(xué)尤為重要,因?yàn)檫@類課程對(duì)學(xué)生的訓(xùn)練重點(diǎn)正是在于動(dòng)手實(shí)驗(yàn),提前接觸到未來(lái)在進(jìn)一步的研究和工作中可能會(huì)應(yīng)用到的一些軟件工具、設(shè)計(jì)流程以及設(shè)計(jì)技巧等,這樣才能促進(jìn)學(xué)生理論與實(shí)踐相結(jié)合,真正幫助學(xué)生掌握ASIC設(shè)計(jì)技術(shù)。因此本課程要更加注重實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果,著力培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手實(shí)踐能力,進(jìn)而使學(xué)生能夠更加準(zhǔn)確、具體和形象地掌握在課堂上學(xué)到的理論知識(shí)。根據(jù)這一原則,經(jīng)過(guò)試用修訂,我們專門編印了《專用集成電路設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書》,根據(jù)大綱的變化,使用工具版本的提高,目前已經(jīng)編印了2007版和2009版的實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書,共設(shè)計(jì)了五個(gè)實(shí)驗(yàn),具體是:實(shí)驗(yàn)一:IC設(shè)計(jì)工具的使用;實(shí)驗(yàn)二:單元電路的前端設(shè)計(jì);實(shí)驗(yàn)三:標(biāo)準(zhǔn)單元的版圖繪制與驗(yàn)證;實(shí)驗(yàn)四:四位加法器和減法器ASIC的設(shè)計(jì);實(shí)驗(yàn)五:計(jì)數(shù)器ASIC的設(shè)計(jì)。每個(gè)實(shí)驗(yàn)3學(xué)時(shí),其中實(shí)驗(yàn)二、實(shí)驗(yàn)四和實(shí)驗(yàn)五為綜合性、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)。

選用一種合適的集成電路設(shè)計(jì)工具是順利進(jìn)行實(shí)踐教學(xué)的關(guān)鍵。我們選用了美國(guó)Tanner Research公司開發(fā)的一種優(yōu)秀集成電路設(shè)計(jì)工具――Tanner Tools Pro,它雖然在功能上不如Cadence、Synopsys等大型工具強(qiáng)大,但它的最大優(yōu)點(diǎn)是成本低,可以在PC機(jī)上使用,而且圖形處理速度快,編輯功能強(qiáng),便于學(xué)習(xí),使用方便,特別適用于高校進(jìn)行相關(guān)的教學(xué)和科研工作。Tanner Pro工具在美國(guó)和臺(tái)灣的很多大學(xué)中早已被廣泛應(yīng)用,臺(tái)灣不少IC設(shè)計(jì)企業(yè)也在使用Tanner Pro工具。該工具較新版本為Tanner Tools Pro 13.0,主要包含了S-EDIT(原理圖編輯)、L-EDIT(版圖編輯)、T-SPICE(電路仿真)、W-EDIT(波形觀察)和LVS(版圖與原理圖比對(duì))等幾個(gè)功能不同的子工具,滿足了集成電路設(shè)計(jì)從前端到后端、設(shè)計(jì)驗(yàn)證的一系列過(guò)程的需要,完全可以適用于《專用集成電路設(shè)計(jì)》課程的實(shí)踐教學(xué)。通過(guò)我們?cè)谡n程實(shí)驗(yàn)、畢業(yè)設(shè)計(jì)等實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)的使用,發(fā)現(xiàn)學(xué)生對(duì)這個(gè)工具上手快、掌握熟,對(duì)于以后使用其他的IC設(shè)計(jì)工具也有一定的幫助,而且培養(yǎng)了他們將來(lái)涉足IC設(shè)計(jì)領(lǐng)域的興趣和信心。圖1是學(xué)生在實(shí)踐教學(xué)中得到的一個(gè)版圖設(shè)計(jì)結(jié)果。

3 適當(dāng)講授最新技術(shù)進(jìn)展,以讓學(xué)生跟上行業(yè)發(fā)展腳步為目標(biāo)

我們都知道,集成電路設(shè)計(jì)技術(shù)、制造工藝等的發(fā)展速度飛快,遵循著集成電路最小特征尺寸以每三年減小70%的速度下降、集成度每年翻一番和價(jià)格每?jī)赡晗陆狄话氲闹哪柖?集成電路的設(shè)計(jì)和制造技術(shù)發(fā)展日新月異。因此,在《專用集成電路設(shè)計(jì)》的教學(xué)過(guò)程中,必須要根據(jù)教學(xué)大綱的要求,在系統(tǒng)講授已經(jīng)設(shè)置好的教學(xué)內(nèi)容的前提下,結(jié)合具體授課內(nèi)容,適當(dāng)講授最新技術(shù)進(jìn)展,以期讓學(xué)生跟上集成電路設(shè)計(jì)行業(yè)發(fā)展的腳步,并不斷將這些新技術(shù)、新進(jìn)展、新方法、新工具、新工藝融入到授課內(nèi)容中,做到授課內(nèi)容常講常新。其實(shí)這除了讓學(xué)生可以接受到最新的知識(shí)和了解到該領(lǐng)域最新進(jìn)展之外,同時(shí)也是一個(gè)教學(xué)相長(zhǎng)的過(guò)程,對(duì)于教師的教學(xué)和相關(guān)科研也是一種無(wú)形的促進(jìn),可以督促教師不斷地跟蹤與IC設(shè)計(jì)、制造相關(guān)的最新研究成果,并進(jìn)行精心的組織,將這些成果有機(jī)融入到課程教學(xué)中,做到授課內(nèi)容的不斷更新,而且這樣也才能夠避免一份講稿多年重復(fù)使用,保證教師在教學(xué)中的激情,增強(qiáng)教學(xué)效果。

在這里僅僅舉一個(gè)具體例子。在一次講授到集成電路工藝的內(nèi)容時(shí),作者為同學(xué)們講授了不斷發(fā)展的集成電路工藝水平,以及所遇到的工藝發(fā)展瓶頸對(duì)于摩爾定律的挑戰(zhàn),還具體講到了Intel公司新推出的0.45nm工藝的CPU,它采用了大大不同于以往的工藝方法,這次工藝變革可以稱得上是“拯救摩爾定律”的一大技術(shù)進(jìn)展。本次課后,不少同學(xué)紛紛通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)等來(lái)查閱這一最新工藝的具體情形,表現(xiàn)出了濃厚的學(xué)習(xí)興趣。

4 創(chuàng)新課程考查方式,以激發(fā)學(xué)生進(jìn)一步的研究興趣為目標(biāo)

一門課程的考查方式如何,對(duì)于這門課程能不能按照教師的預(yù)想,達(dá)到既定的最終教學(xué)目的,有著比較重要的作用。傳統(tǒng)的一張?jiān)嚲砣ァ翱肌背鰧W(xué)生學(xué)習(xí)效果的方式雖然比較簡(jiǎn)單省事,但卻過(guò)于單調(diào),雖然從某種程度上能夠考查出學(xué)生對(duì)這門課程知識(shí)的掌握程度,但是對(duì)于激發(fā)學(xué)生在學(xué)完這門課程之后,對(duì)本學(xué)科、本領(lǐng)域進(jìn)行進(jìn)一步研究的興趣卻作用不大。由于自從接受學(xué)校教育以來(lái)經(jīng)歷了無(wú)數(shù)次的考試,不少學(xué)生厭煩考試的情緒比較嚴(yán)重,恨不得考完后把教材、作業(yè)、筆記等都馬上丟棄,這是現(xiàn)實(shí)存在的、我們必須得承認(rèn)的事實(shí)。從某種意義上說(shuō),通過(guò)考試來(lái)考查學(xué)生的學(xué)習(xí),有時(shí)對(duì)最終教學(xué)目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)會(huì)起到一定的反作用。而且單純考試的方式也很難發(fā)現(xiàn)學(xué)生對(duì)于這門課、這個(gè)領(lǐng)域、這個(gè)行業(yè)的獨(dú)特想法和創(chuàng)新思路。

作者在《專用集成電路設(shè)計(jì)》教學(xué)過(guò)程中,結(jié)合課程的專業(yè)特點(diǎn),積極探索并實(shí)踐了采用提交論文和現(xiàn)場(chǎng)答辯相結(jié)合的課程考查方式,即在課程講授到二分之一左右時(shí),布置給學(xué)生論文題目,對(duì)于論文的范圍、參考文獻(xiàn)的篇數(shù)、論文的格式和字?jǐn)?shù)等做出明確而具體的規(guī)范,要求學(xué)生在最后一次課之前提交自己的論文,做好答辯ppt,并利用專門的時(shí)間集中進(jìn)行答辯,每位學(xué)生對(duì)自己準(zhǔn)備的論文,進(jìn)行5分鐘左右的講解,并接受教師和其他學(xué)生的提問(wèn)。通過(guò)創(chuàng)新課程考查方式,提交論文和現(xiàn)場(chǎng)答辯相結(jié)合,讓學(xué)生在準(zhǔn)備論文和答辯材料的過(guò)程中對(duì)專用集成電路設(shè)計(jì)的有關(guān)內(nèi)容和工藝、方法等有了更加深刻的理解,并有了一個(gè)系統(tǒng)的知識(shí)梳理過(guò)程,現(xiàn)場(chǎng)答辯的方式也更能夠展現(xiàn)學(xué)生對(duì)于集成電路設(shè)計(jì)的一些獨(dú)特的思路和創(chuàng)新性的理解,學(xué)生在經(jīng)歷這一過(guò)程時(shí),也促使自己積極思考,主動(dòng)研究,努力去探索和集成電路、微電子學(xué)有關(guān)的一些研究方法和最新進(jìn)展,激發(fā)自己在完成本門課程的學(xué)習(xí)后、甚至是大學(xué)畢業(yè)后進(jìn)行進(jìn)一步研究的興趣和信心;另外還在這個(gè)過(guò)程中提升了學(xué)生的論文寫作能力、科學(xué)研究能力。

5 結(jié)束語(yǔ)

《專用集成電路設(shè)計(jì)》課(或者其他名稱的類似課程)在不少設(shè)有微電子學(xué)專業(yè)的重點(diǎn)大學(xué)中開設(shè)較為普遍,但在沒有微電子學(xué)專業(yè)的高校特別是非重點(diǎn)高校中開設(shè)并不多,對(duì)于該課程教學(xué)實(shí)踐中的一些具體的方法研究和探討需要更加深入。作者在教學(xué)實(shí)踐中,緊密圍繞本校、本專業(yè)的培養(yǎng)目標(biāo),以授課對(duì)象為主體,遵循課程的教學(xué)規(guī)律和科學(xué)研究規(guī)律,選擇合適的授課內(nèi)容和教學(xué)方法,并且不斷地對(duì)此進(jìn)行探索和研究,收到了初步的教學(xué)效果。當(dāng)然,教學(xué)創(chuàng)新永無(wú)止境,教學(xué)方法的研究和探討不能止步,作為一名年輕教師,在今后的教學(xué)實(shí)踐中,作者將在加強(qiáng)學(xué)習(xí)以及與同行交流的前提下,進(jìn)一步拓寬和創(chuàng)新教學(xué)思路,探索和完善教學(xué)模式,研究和更新教學(xué)內(nèi)容,學(xué)習(xí)和探討教學(xué)技巧,敢于創(chuàng)新,善于創(chuàng)新,真正做到教好書,育好人。

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第3篇：集成電路設(shè)計(jì)論文范文

一、《電路基礎(chǔ)》課程教學(xué)的兩種基本取向

在職業(yè)教育教學(xué)實(shí)踐中，電路基礎(chǔ)課程教學(xué)現(xiàn)有兩種基本的取向。其一，傳遞取向。傳遞取向是通過(guò)傳遞知識(shí)發(fā)展學(xué)生智能的過(guò)程。在課堂教學(xué)中，教師主要的任務(wù)是傳授知識(shí)，學(xué)生主要的任務(wù)是接受并主動(dòng)地內(nèi)化知識(shí)，用知識(shí)的多少來(lái)反映學(xué)生的學(xué)習(xí)能力和發(fā)展水平，好的教學(xué)效果意味著比較有效的知識(shí)傳遞。其二，實(shí)踐取向。實(shí)踐取向認(rèn)為教學(xué)應(yīng)該是不斷增長(zhǎng)學(xué)生實(shí)踐能力和社會(huì)化的過(guò)程。課堂教學(xué)中，教師不是直接向?qū)W生授受知識(shí)，而是通過(guò)創(chuàng)造學(xué)習(xí)情境，使學(xué)生在自主探究、合作與交流的過(guò)程中，通過(guò)知識(shí)的建構(gòu)和意義的賦予，理解知識(shí)的意義，獲得解決問(wèn)題的能力。

無(wú)論是傳遞取向還是實(shí)踐取向的教學(xué)，知識(shí)都是教學(xué)的基本內(nèi)容。但是，怎樣進(jìn)行知識(shí)教學(xué)？知識(shí)教學(xué)的意義和目的何在？?jī)煞N取向的教學(xué)遵循著不同的理念和實(shí)踐。傳遞取向的教學(xué)認(rèn)為知識(shí)是可以傳遞的，并認(rèn)為知識(shí)是教學(xué)的起點(diǎn)也是終點(diǎn)，是學(xué)生學(xué)習(xí)和理解的對(duì)象。傳授知識(shí)的主要方法是講授，學(xué)生掌握知識(shí)的主要方法是記憶和練習(xí)。無(wú)論是“精講精練”還是“變式練習(xí)”，改進(jìn)教學(xué)方法的目的都是為了更有效的傳遞和掌握知識(shí)。傳遞取向教學(xué)認(rèn)為知識(shí)教學(xué)的意義在于通過(guò)知識(shí)的傳遞和掌握，促使學(xué)生的計(jì)算能力、推理能力、邏輯思維能力等心智技能得到發(fā)展和提升。實(shí)踐取向認(rèn)為教學(xué)應(yīng)立足于知識(shí)的建構(gòu)和意義的賦予；教與學(xué)的起點(diǎn)不應(yīng)是書本上的知識(shí)，而是來(lái)自于實(shí)際生產(chǎn)生活的，對(duì)學(xué)生來(lái)說(shuō)沒有現(xiàn)成的程序步驟可以解決的問(wèn)題。問(wèn)題解決的過(guò)程才是教學(xué)的重點(diǎn)，是學(xué)生建構(gòu)知識(shí)和理解知識(shí)意義的過(guò)程。學(xué)生在問(wèn)題解決過(guò)程中，不斷建構(gòu)知識(shí)并運(yùn)用知識(shí)解決實(shí)際電路問(wèn)題。

從筆者多年《電路基礎(chǔ)》課程教學(xué)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)出發(fā)，更加傾向于實(shí)踐取向的電路課程教學(xué)。《電路基礎(chǔ)》課程是高職理工科類專業(yè)的一門專業(yè)基礎(chǔ)課程，其教學(xué)目標(biāo)是為專業(yè)課學(xué)習(xí)和學(xué)生的發(fā)展做好基礎(chǔ)知識(shí)和基本技能、素養(yǎng)的準(zhǔn)備，需要的是學(xué)生能利用知識(shí)解決實(shí)際電路問(wèn)題的能力。如果學(xué)生單憑記憶記住了知識(shí)，而沒有理解，那么這樣的知識(shí)對(duì)于學(xué)生的發(fā)展來(lái)說(shuō)仍然是沒有意義的。既不能用來(lái)解決問(wèn)題，也不能帶來(lái)理智上的進(jìn)步。實(shí)踐取向教學(xué)以問(wèn)題解決過(guò)程來(lái)促進(jìn)學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解和運(yùn)用，顯然，對(duì)于電路基礎(chǔ)課程教學(xué)目標(biāo)的達(dá)成更加有效。

二、實(shí)踐取向的《電路基礎(chǔ)》課程問(wèn)題解決教學(xué)及其設(shè)計(jì)

1.確定實(shí)踐性教學(xué)目標(biāo)

確定實(shí)踐性教學(xué)目標(biāo)是實(shí)踐取向教學(xué)設(shè)計(jì)的重要環(huán)節(jié)。面對(duì)學(xué)習(xí)主題，教師首先要明確“什么是值得學(xué)生理解和掌握的”，才能對(duì)癥設(shè)計(jì)出更有價(jià)值的學(xué)習(xí)活動(dòng)；學(xué)生只有明確“需要理解和學(xué)會(huì)什么”才不會(huì)對(duì)問(wèn)題所帶來(lái)的豐富的學(xué)習(xí)活動(dòng)感到無(wú)所適從。實(shí)踐性目標(biāo)主要不是用于描述學(xué)生的學(xué)習(xí)結(jié)果，而是用來(lái)描述學(xué)生在特定的問(wèn)題解決活動(dòng)過(guò)程中的行為表現(xiàn)，旨在引導(dǎo)學(xué)生“經(jīng)歷”、“體驗(yàn)”和“探索”，獲得豐富的解決電路問(wèn)題的經(jīng)驗(yàn)。例如，在“疊加原理”教學(xué)中，實(shí)踐性教學(xué)目標(biāo)可以包含：解釋“生活中的疊加”、“數(shù)學(xué)中的疊加”原理，假設(shè)出“可能在電路中適用的疊加方法”；根據(jù)假設(shè)，確定實(shí)驗(yàn)方案，通過(guò)實(shí)踐探索問(wèn)題的答案；通過(guò)數(shù)據(jù)分析推演出結(jié)果的合理性；描述和總結(jié)問(wèn)題解決過(guò)程，理解電路中的疊加原理，拓展和建構(gòu)知識(shí)?？梢哉f(shuō)，實(shí)踐性目標(biāo)本質(zhì)上是一種過(guò)程性目標(biāo)、表現(xiàn)性目標(biāo)。作為一種過(guò)程性目標(biāo)，實(shí)踐性目標(biāo)是隨著教學(xué)過(guò)程的展開而自然生成的，是教學(xué)情境的產(chǎn)物和問(wèn)題解決的結(jié)果；作為一種表現(xiàn)性目標(biāo)，實(shí)踐性目標(biāo)應(yīng)關(guān)注學(xué)生在教學(xué)情境中所產(chǎn)生的個(gè)性化表現(xiàn)，學(xué)生處理問(wèn)題的能力。在一個(gè)真實(shí)的實(shí)踐任務(wù)中，理解和建構(gòu)活動(dòng)一般經(jīng)歷直觀性理解、經(jīng)驗(yàn)性理解、模型化理解、具體化理解等相互關(guān)聯(lián)的階段。另外，在確定實(shí)踐性目標(biāo)時(shí)，還應(yīng)關(guān)注《電路基礎(chǔ)》課程的內(nèi)容、思想方法和特殊的表達(dá)形式。

2.選擇生成性問(wèn)題

在實(shí)踐取向的教學(xué)中，學(xué)生的理解通常產(chǎn)生于問(wèn)題，但問(wèn)題是否具有生成性對(duì)于維持并發(fā)展學(xué)生的興趣和理解十分重要。所謂生成性問(wèn)題是指能夠引導(dǎo)學(xué)生的理解持續(xù)深入地發(fā)展，促進(jìn)學(xué)生的認(rèn)知水平從低層次向高層次的躍遷的問(wèn)題。如“家里燈泡突然不亮了”這樣一個(gè)實(shí)際問(wèn)題，可以生成“歐姆定律”相關(guān)的一系列問(wèn)題。由生成性問(wèn)題產(chǎn)生的新問(wèn)題可以是同一主題下維度上的拓展，也可以是不同主題間形式上的類比。生成性問(wèn)題應(yīng)包含豐富的知識(shí)內(nèi)容和技能，能夠?yàn)閷W(xué)生的理解提供概念框架，使學(xué)生從中學(xué)到的不僅是當(dāng)前情境的體驗(yàn)和理解，還能學(xué)到適應(yīng)環(huán)境、處理和思考問(wèn)題的方法。基于實(shí)踐任務(wù)的生成性問(wèn)題的選擇應(yīng)基于問(wèn)題的真實(shí)性，應(yīng)具有動(dòng)手操作和思維活動(dòng)二重性，應(yīng)符合學(xué)生的認(rèn)知發(fā)展水平。值得注意的是，一個(gè)有價(jià)值的生成性問(wèn)題要能引導(dǎo)學(xué)生逐步深入理解電路基礎(chǔ)課程中的一些核心原理、基本概念、重要的思想方法等等。因此，在電路基礎(chǔ)課程教學(xué)中要思考哪些內(nèi)容和知識(shí)點(diǎn)是需要學(xué)生深入理解并掌握的。

3.設(shè)計(jì)實(shí)踐性活動(dòng)

設(shè)計(jì)實(shí)踐性活動(dòng)的目標(biāo)在于將問(wèn)題或任務(wù)轉(zhuǎn)變?yōu)榭梢圆僮鞯幕顒?dòng)，幫助學(xué)生自然地理解和建構(gòu)知識(shí)。在電路基礎(chǔ)課程教學(xué)的實(shí)踐活動(dòng)中一般包括實(shí)物操作、虛擬仿真實(shí)驗(yàn)、形式化運(yùn)演等幾種類型。實(shí)物操作和虛擬仿真實(shí)驗(yàn)具有一定的直觀性，可以為學(xué)生的理解提供豐富的“感覺映像”。形式化運(yùn)演借助于抽象、類比、歸納、聯(lián)想等手段理解建構(gòu)知識(shí)。其中形式化運(yùn)演是理解和應(yīng)用的高級(jí)階段。實(shí)踐取向的教學(xué)通過(guò)創(chuàng)設(shè)具體的、可操作的理解性活動(dòng)，使置身于其中的學(xué)生相互影響、自覺地思維與行動(dòng)。值得提出的是，首先，實(shí)踐取向的教學(xué)不是以某種認(rèn)知標(biāo)準(zhǔn)來(lái)表征學(xué)生學(xué)習(xí)客觀知識(shí)或事實(shí)的過(guò)程，而是以基于學(xué)生個(gè)體實(shí)踐活動(dòng)的意圖、行動(dòng)和反思的互動(dòng)。因此，實(shí)踐性活動(dòng)的主題指向應(yīng)是在真實(shí)任務(wù)中參與認(rèn)知活動(dòng)的個(gè)人。其次，設(shè)計(jì)的實(shí)踐性活動(dòng)應(yīng)滿足學(xué)生學(xué)習(xí)方式多樣化的需要。設(shè)計(jì)的實(shí)踐性活動(dòng)應(yīng)考慮到學(xué)生在理解和認(rèn)知上的個(gè)性差異，允許學(xué)生選擇符合自己認(rèn)知方式和發(fā)展水平的參與方式，以最大限度地促進(jìn)所有學(xué)生在原有認(rèn)知水平上的提高。再次，設(shè)計(jì)實(shí)踐性活動(dòng)時(shí)還應(yīng)建構(gòu)以學(xué)習(xí)者共同體、概念學(xué)習(xí)交流和知識(shí)建構(gòu)共同體為特征的互動(dòng)學(xué)習(xí)的平臺(tái)。

第4篇：集成電路設(shè)計(jì)論文范文

論文關(guān)鍵詞：集成電路，特點(diǎn)，問(wèn)題，趨勢(shì)，建議

引言

集成電路是工業(yè)化國(guó)家的重要基礎(chǔ)工業(yè)之一，是當(dāng)代信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)的核心部件，它是工業(yè)現(xiàn)代化裝備水平和航空航天技術(shù)的重要制約因素，由于它的價(jià)格高低直接影響了電子工業(yè)產(chǎn)成品的價(jià)格，是電子工業(yè)是否具有競(jìng)爭(zhēng)力關(guān)鍵因素之一。高端核心器件是國(guó)家安全和科學(xué)研究水平的基礎(chǔ)，日美歐等國(guó)均把集成電路業(yè)定義為戰(zhàn)略產(chǎn)業(yè)。據(jù)臺(tái)灣的“科學(xué)委員會(huì)”稱未來(lái)十年是芯片技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵時(shí)期。韓國(guó)政府也表示擬投資600億韓元于2015年時(shí)打造韓國(guó)的集成電路產(chǎn)業(yè)。

集成電路主要應(yīng)用在計(jì)算機(jī)、通信、汽車電子、消費(fèi)電子等與國(guó)民日常消費(fèi)相關(guān)領(lǐng)域因此集成電路與全球GDP增長(zhǎng)聯(lián)系緊密，全球集成電路消費(fèi)在2009年受金融危機(jī)的影響下跌9%的情況下2010由于經(jīng)濟(jì)形勢(shì)樂(lè)觀后根據(jù)半導(dǎo)體行業(yè)協(xié)會(huì)預(yù)計(jì)今年集成電路銷售額將同比增長(zhǎng)33%。

一、我國(guó)集成電路業(yè)發(fā)展情況和特點(diǎn)

有數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)2009年中國(guó)集成電路市場(chǎng)規(guī)模為5676億元占全球市場(chǎng)44%，集成電路消費(fèi)除2008、2009年受金融危機(jī)影響外逐年遞增，中國(guó)已成為世界上第一大集成電路消費(fèi)國(guó)，但國(guó)內(nèi)集成電路產(chǎn)量?jī)H1040億元，絕大部分為產(chǎn)業(yè)鏈低端的消費(fèi)類芯片，技術(shù)落后發(fā)達(dá)國(guó)家2到3代左右，大量高端芯片和技術(shù)被美日韓以及歐洲國(guó)家壟斷。

我國(guó)集成電路產(chǎn)業(yè)占GDP的比例逐年加大從2004年的0.59%到2008年的0.74%.年均增長(zhǎng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)國(guó)際上任何一個(gè)其他國(guó)家，是全球集成電路業(yè)的推動(dòng)者，屬于一個(gè)快速發(fā)展的行業(yè)。從2000年到2007年我國(guó)集成電路產(chǎn)業(yè)銷售收入年均增長(zhǎng)超過(guò)18%畢業(yè)論文提綱，增長(zhǎng)率隨著經(jīng)濟(jì)形勢(shì)有波動(dòng)，由于金融危機(jī)的影響2008年同比2007年下降了0.4%，2009年又同比下降11%，其中集成電路設(shè)計(jì)業(yè)增速放緩實(shí)現(xiàn)銷售收入269.92億元同比上升14.8%，由于受金融危機(jī)影響，芯片制造業(yè)實(shí)現(xiàn)銷售收入341.05億元同比下降13.2%、封裝測(cè)試業(yè)實(shí)現(xiàn)銷售收入498.16億元同比下降19.5%。我國(guó)集成電路總體上企業(yè)總體規(guī)模小，有人統(tǒng)計(jì)過(guò)，所有設(shè)計(jì)企業(yè)總產(chǎn)值不如美國(guó)高通公司的1/2、所有待工企業(yè)產(chǎn)值不如臺(tái)積電、所有封測(cè)企業(yè)產(chǎn)值不如日月光。

在芯片設(shè)計(jì)方面，我國(guó)主流芯片設(shè)計(jì)采用130nm和180nm技術(shù)，65nm技術(shù)在我國(guó)逐漸開展起來(lái)，雖然國(guó)際上一些廠商已經(jīng)開始應(yīng)用40nm技術(shù)設(shè)計(jì)產(chǎn)品了，但由于65nm技術(shù)成熟，優(yōu)良率高，將是未來(lái)幾年贏利的主流技術(shù).設(shè)計(jì)公司數(shù)量不斷增長(zhǎng)但規(guī)模都較小，屬于初始發(fā)展時(shí)期。芯片制造方面，2010國(guó)外許多廠商開始制造32nm的CPU但大規(guī)模采用的是65nm技術(shù)，而中國(guó)國(guó)產(chǎn)芯片中的龍芯還在采用130nm技術(shù)，中芯國(guó)際的65nm技術(shù)才開始量產(chǎn)，國(guó)產(chǎn)的自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)還沒達(dá)到250技術(shù)。在封裝測(cè)試技術(shù)方面，這是我國(guó)集成電路企業(yè)的主要業(yè)務(wù)，也是我國(guó)的主要出口品，有數(shù)據(jù)顯示我國(guó)集成電路產(chǎn)業(yè)的50%以上的產(chǎn)值都由封裝產(chǎn)業(yè)創(chuàng)造，隨著技術(shù)的成熟，部分高端技術(shù)在國(guó)內(nèi)逐步開始開展，但有已經(jīng)開始下降的趨勢(shì)雜志網(wǎng)。在電子信息材料業(yè)方面，下一代晶圓標(biāo)準(zhǔn)是450mm，有資料顯示將于2012年試制，現(xiàn)在國(guó)際主流晶圓尺寸是300mm，而我國(guó)正在由200mm到300mm過(guò)渡。在GaAs單晶、InP單晶、光電子材料、磁性材料，壓電晶體材料、電子陶瓷材料等領(lǐng)域無(wú)論是在研發(fā)還是在生產(chǎn)均較大落后于國(guó)外，總體來(lái)說(shuō)我國(guó)新型元件材料基本靠進(jìn)口。在半導(dǎo)體設(shè)備制造業(yè)方面畢業(yè)論文提綱，有數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)我國(guó)95%的設(shè)備是外國(guó)設(shè)備，而且二手設(shè)備占較大比例，重要的半導(dǎo)體設(shè)備幾乎都是國(guó)外設(shè)備，從全球范圍來(lái)講美日一直壟斷其生產(chǎn)和研發(fā)，臺(tái)灣最近也有有了較大發(fā)展，而我國(guó)半導(dǎo)體設(shè)備制造業(yè)發(fā)展較為緩慢。

我國(guó)規(guī)劃和建成了7個(gè)集成電路產(chǎn)業(yè)基地，產(chǎn)業(yè)集聚效應(yīng)初步顯現(xiàn)出來(lái)，其中長(zhǎng)江三角洲、京津的上海、杭州、無(wú)錫和北京等地區(qū),是我國(guó)集成電路的主要積聚地，這些地區(qū)集中了我國(guó)近半數(shù)的集成電路企業(yè)和銷售額，其次是中南地區(qū)約占整個(gè)產(chǎn)業(yè)企業(yè)數(shù)和銷售額的三分之一，其中深圳基地的IC設(shè)計(jì)業(yè)居全國(guó)首位，制造企業(yè)也在近一部壯大，由于勞動(dòng)力價(jià)格相對(duì)廉價(jià)，我國(guó)集成電路產(chǎn)業(yè)正向成都、西安的產(chǎn)業(yè)帶轉(zhuǎn)移。

二、我國(guó)集成電路業(yè)發(fā)展存在的問(wèn)題剖析

首先，我國(guó)集成電路產(chǎn)業(yè)鏈還很薄弱，科研與生產(chǎn)還沒有很好的結(jié)合起來(lái)，應(yīng)用十分有限，雖然新聞上時(shí)常宣傳中科院以及大專院校有一些成果，但尚未經(jīng)過(guò)市場(chǎng)的運(yùn)作和考驗(yàn)。另外集成電路產(chǎn)品的缺乏應(yīng)用途徑這就使得研究成果的產(chǎn)業(yè)化難以推廣和積累成長(zhǎng)。

其次，我國(guó)集成電路產(chǎn)業(yè)尚處于幼年期，企業(yè)規(guī)模小，集中度低，資金缺乏，人才缺乏，市場(chǎng)占有率低，不能實(shí)現(xiàn)規(guī)模經(jīng)濟(jì)效應(yīng)，相比國(guó)外同類企業(yè)在各項(xiàng)資源的占有上差距較大。由于集成電路行業(yè)的風(fēng)險(xiǎn)大，換代快，這就造成了企業(yè)的融資困難，使得我國(guó)企業(yè)發(fā)展緩慢，有數(shù)據(jù)顯示我國(guó)集成電路產(chǎn)業(yè)有80%的投資都來(lái)自海外畢業(yè)論文提綱，企業(yè)的主要負(fù)責(zé)人大都是從臺(tái)灣引進(jìn)的。

再次，我國(guó)集成電路產(chǎn)業(yè)相關(guān)配套工業(yè)落后，產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)薄弱。集成電路產(chǎn)業(yè)的上游集成電路設(shè)備制造的高端設(shè)備只有美日等幾家公司有能力制造，這就大大制約了我國(guó)集成電路工藝的發(fā)展速度，使我國(guó)的發(fā)展受制于人。

還有，我國(guó)集成電路產(chǎn)成品處于產(chǎn)品價(jià)值鏈的中、低端，難以提出自己的標(biāo)準(zhǔn)和架構(gòu)，研發(fā)能力不足，缺少核心技術(shù)，處于低附加值、廉價(jià)產(chǎn)品的向國(guó)外技術(shù)模仿學(xué)習(xí)階段。有數(shù)據(jù)顯示我國(guó)集成電路使用中有80%都是從國(guó)外進(jìn)口或設(shè)計(jì)的，國(guó)產(chǎn)20%僅為一些低端芯片，而由于產(chǎn)品相對(duì)廉價(jià)這當(dāng)中的百分之七八十又用于出口。

三、我國(guó)集成電路發(fā)展趨勢(shì)

有數(shù)據(jù)顯示PC機(jī)市場(chǎng)是我國(guó)集成電路應(yīng)用最大的市場(chǎng)，汽車電子、通信類設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)多媒體終端將是我國(guó)集成電路未來(lái)增長(zhǎng)最快應(yīng)用領(lǐng)域. Memory、CPU、ASIC和計(jì)算機(jī)外圍器件將是最主要的幾大產(chǎn)品。國(guó)際集成電路產(chǎn)業(yè)的發(fā)展逐步走向成熟階段，集成電路制造正在向我國(guó)大規(guī)模轉(zhuǎn)移，造成我國(guó)集成電路產(chǎn)量上升，如Intel在2004年和2005年在成都投資4.5億元后，2007年又投資25億美元在大連投資建廠預(yù)計(jì)2010年投產(chǎn)。

另外我國(guó)代工產(chǎn)業(yè)增速逐漸放緩，增速?gòu)漠?dāng)初的20%降低到現(xiàn)在的6%-8%，低附加值產(chǎn)業(yè)逐漸減小。集成電路設(shè)計(jì)業(yè)占集成點(diǎn)設(shè)計(jì)業(yè)的比重不斷加大，2008、2009兩年在受到金融危機(jī)的影響下在其他專業(yè)大幅下降的情況下任然保持一個(gè)較高的增長(zhǎng)率，而且最近幾年集成電路設(shè)計(jì)業(yè)都是增長(zhǎng)最快的領(lǐng)域，說(shuō)明我國(guó)的集成電路產(chǎn)業(yè)鏈日趨完善和合理，設(shè)計(jì)、制造、封裝測(cè)試三行業(yè)開始向“3：4：4”的國(guó)際通行比例不斷靠近。從發(fā)達(dá)國(guó)家的經(jīng)驗(yàn)來(lái)看都是以集成電路設(shè)計(jì)公司比重不斷加大，制造公司向不發(fā)達(dá)地區(qū)轉(zhuǎn)移作為集成電路產(chǎn)業(yè)走向成熟的標(biāo)志。

我國(guó)集成電路產(chǎn)業(yè)逐漸向優(yōu)勢(shì)企業(yè)集中,產(chǎn)業(yè)鏈不斷聯(lián)合重組，集中資源和擴(kuò)大規(guī)模，增強(qiáng)競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)和抗風(fēng)險(xiǎn)能力，主要核心企業(yè)銷售額所占全行業(yè)比重從2004年得32%到2008年的49%，體現(xiàn)我國(guó)集成電路企業(yè)不斷向優(yōu)勢(shì)企業(yè)集中，行業(yè)越來(lái)越成熟，從美國(guó)集成電路廠商來(lái)看當(dāng)行業(yè)走向成熟時(shí)只有較大的核心企業(yè)和專注某一領(lǐng)域的企業(yè)能最后存活下來(lái)。

我國(guó)集成電路進(jìn)口量增速逐年下降從2004年的52.6%下降為2008年的1.2%,出口量增速下降幅度小于進(jìn)口量增速。預(yù)計(jì)2010年以后我國(guó)集成電路進(jìn)口增速將小于出口增速，我國(guó)正在由集成電路消費(fèi)大國(guó)向制造大國(guó)邁進(jìn)。

四、關(guān)于我國(guó)集成電路發(fā)展的幾點(diǎn)建議

第一、不斷探索和完善有利于集成電路業(yè)發(fā)展的產(chǎn)業(yè)模式和運(yùn)作機(jī)制。中國(guó)高校和中科院研究所中有相對(duì)寬松的環(huán)境使得其適合醞釀研發(fā)畢業(yè)論文提綱，但中國(guó)的高端集成電路研究還局限在高校和中科院的實(shí)驗(yàn)室里，沒有一個(gè)循序漸進(jìn)的產(chǎn)業(yè)運(yùn)作和可持續(xù)發(fā)展機(jī)制，這就使得國(guó)產(chǎn)高端芯片在社會(huì)上認(rèn)可度很低，得不到應(yīng)用和升級(jí)。在產(chǎn)業(yè)化成果推廣的解決方面?？梢越梃b美國(guó)的國(guó)家采購(gòu)計(jì)劃，以政府出資在武器和航空航天領(lǐng)域進(jìn)行國(guó)家采購(gòu)以保證研發(fā)產(chǎn)品的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用得以實(shí)現(xiàn)雜志網(wǎng)。只有依靠公共研發(fā)機(jī)構(gòu)的環(huán)境、人才和技術(shù)優(yōu)勢(shì)結(jié)合企業(yè)的市場(chǎng)運(yùn)作優(yōu)勢(shì)，走基于公共研發(fā)機(jī)構(gòu)的產(chǎn)業(yè)化道路才是問(wèn)題的正確路徑。

第二、集成電路的研發(fā)是個(gè)高投入高風(fēng)險(xiǎn)的行業(yè)是技術(shù)和資本密集型產(chǎn)業(yè)，有數(shù)據(jù)顯示集成電路研發(fā)費(fèi)用要占銷售額的15%，固定資產(chǎn)投資占銷售額的20%，銷售額如果達(dá)不到100億美元將無(wú)力承擔(dān)新一代產(chǎn)品的研發(fā)，在這種情況下由于民族集成電路產(chǎn)業(yè)在資金上積累有限，幾乎沒有抗風(fēng)險(xiǎn)能力，技術(shù)上缺乏積累，經(jīng)不起和國(guó)際集成電路巨頭的競(jìng)爭(zhēng)，再加上我國(guó)是一個(gè)勞動(dòng)力密集型產(chǎn)業(yè)國(guó)，根據(jù)國(guó)際貿(mào)易規(guī)律，資本密集型的研發(fā)產(chǎn)業(yè)傾向于向發(fā)達(dá)國(guó)家集中，要想是我國(guó)在未來(lái)的高技術(shù)的集成電路研發(fā)有一席之地只有國(guó)家給予一定的積極的產(chǎn)業(yè)政策，使其形成規(guī)模經(jīng)濟(jì)的優(yōu)勢(shì)地位，才能使集成電路業(yè)進(jìn)入良性發(fā)展的軌道.對(duì)整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈，特別是產(chǎn)業(yè)鏈的低端更要予以一定的政策支持。由政府出資風(fēng)險(xiǎn)投資，通過(guò)風(fēng)險(xiǎn)投資公司作為企業(yè)與政府的隔離，在成功投資后政府收回投資回報(bào)退出公司經(jīng)營(yíng)，不失為一種良策。資料顯示美國(guó)半導(dǎo)體業(yè)融資的主要渠道就是靠風(fēng)險(xiǎn)基金。臺(tái)灣地區(qū)之所以成為全球第四大半導(dǎo)體基地臺(tái)就與其6年建設(shè)計(jì)劃對(duì)集成電路產(chǎn)業(yè)的重點(diǎn)扶植有密切關(guān)系，最近灣當(dāng)局的“科學(xué)委員會(huì)”就在最近提出了擬扶植集成電路產(chǎn)業(yè)使其達(dá)到世界第二的目標(biāo)。

第三、產(chǎn)業(yè)的發(fā)展可以走先官辦和引進(jìn)外資再民營(yíng)化道路，在產(chǎn)業(yè)初期由于資金技術(shù)壁壘大人才也較為匱乏民營(yíng)資本難于介入，這樣只有利用政府力量和外資力量，但到一定時(shí)期后只有民營(yíng)資本的介入才能使集成電路產(chǎn)業(yè)走向良性化發(fā)展的軌道。技術(shù)競(jìng)爭(zhēng)有利于技術(shù)的創(chuàng)新和發(fā)展，集成電路業(yè)的技術(shù)快速更新的性質(zhì)使得民營(yíng)企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)性的優(yōu)勢(shì)得以體現(xiàn)，集成電路每個(gè)子領(lǐng)域技術(shù)的專用化特別高分工特別細(xì)，每個(gè)子領(lǐng)域有相當(dāng)?shù)募夹g(shù)難度，不適合求小而且全的模式。集成電路產(chǎn)業(yè)各個(gè)子模塊經(jīng)營(yíng)將朝著分散化畢業(yè)論文提綱，專業(yè)化的方向發(fā)展，每個(gè)企業(yè)專注于各自領(lǐng)域，在以形成的設(shè)計(jì)、封裝、測(cè)試、新材料、設(shè)備制、造自動(dòng)化平臺(tái)設(shè)計(jì)、IP設(shè)計(jì)等幾大領(lǐng)域內(nèi)分化出有各自擅長(zhǎng)的專業(yè)領(lǐng)域深入發(fā)展并相互補(bǔ)充，這正好適應(yīng)民營(yíng)經(jīng)濟(jì)的經(jīng)營(yíng)使其能更加專注，以有限的資本規(guī)模經(jīng)營(yíng)能力能夠達(dá)到自主研發(fā)高投入，適應(yīng)市場(chǎng)高度分工的要求，所以民間資本的投入會(huì)使市場(chǎng)更加有效率。

第四、技術(shù)引進(jìn)吸收再創(chuàng)新將是我國(guó)集成電路技術(shù)創(chuàng)新發(fā)展的可以采用的重要方式。美國(guó)國(guó)家工程院院士馬佐平曾今說(shuō)過(guò)：中國(guó)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)有著良好的基礎(chǔ)，如果要趕超世界先進(jìn)水平，必須要找準(zhǔn)方向、加強(qiáng)合作。只有站在別人的基礎(chǔ)上，吸取國(guó)外研發(fā)的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，并充分合作才是我國(guó)集成電路業(yè)發(fā)展快速發(fā)展有限途徑，我國(guó)資金有限，技術(shù)底子薄，要想快速發(fā)展只有借鑒別人的技術(shù)在此基礎(chǔ)上朝正確方向發(fā)展，而不是從頭再來(lái)另立門戶。國(guó)際集成電路產(chǎn)業(yè)鏈分工與國(guó)家集成電路工業(yè)發(fā)展階段有很大關(guān)系，隨著產(chǎn)業(yè)的不斷成熟和不斷向我國(guó)轉(zhuǎn)移使得我國(guó)可以走先生產(chǎn)，在有一定的技術(shù)和資金積累后再研發(fā)的途徑。技術(shù)引進(jìn)再創(chuàng)新的一條有效路徑就是吸引海外人才到我國(guó)集成電路企業(yè)，美國(guó)等發(fā)達(dá)國(guó)家的經(jīng)濟(jì)不景氣正好加速了人才向我國(guó)企業(yè)的流動(dòng)，對(duì)我國(guó)是十分有利的。

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第5篇：集成電路設(shè)計(jì)論文范文

關(guān)鍵詞：特色專業(yè)建設(shè)；復(fù)旦大學(xué)；微電子學(xué)；創(chuàng)新人才培養(yǎng)

復(fù)旦大學(xué)“微電子學(xué)與固體電子學(xué)”學(xué)科有半個(gè)多世紀(jì)的深厚積累。20世紀(jì)50年代，謝希德教授領(lǐng)導(dǎo)組建了全國(guó)第一個(gè)半導(dǎo)體學(xué)科，培養(yǎng)了我國(guó)首批微電子行業(yè)的中堅(jiān)力量。60年代研制成功我國(guó)第一個(gè)鍺集成電路。1984年，經(jīng)國(guó)務(wù)院批準(zhǔn)設(shè)立微電子與固體電子學(xué)學(xué)科博士點(diǎn)，1988年、2001年、2006年被評(píng)為國(guó)家重點(diǎn)學(xué)科。所在一級(jí)學(xué)科于1998年獲首批一級(jí)博士學(xué)位授予權(quán)，設(shè)有獨(dú)立設(shè)置的博士后流動(dòng)站和長(zhǎng)江特聘教授崗位，建有“專用集成電路與系統(tǒng)”國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，1998年和2003年被列入“211”工程建設(shè)學(xué)科，2000年被定為“復(fù)旦三年行動(dòng)計(jì)劃”重中之重學(xué)科得到學(xué)校重點(diǎn)支持，2005年獲“985工程”二期支持，建設(shè)“微納電子科技創(chuàng)新平臺(tái)”。

長(zhǎng)期以來(lái)復(fù)旦大學(xué)微電子學(xué)教學(xué)形成了“基礎(chǔ)與專業(yè)結(jié)合，研究與應(yīng)用并重，創(chuàng)新人才培養(yǎng)國(guó)際化”特色。近年來(lái)，在教育部第二批高等學(xué)校特色專業(yè)建設(shè)中，我們根據(jù)國(guó)家和工業(yè)界對(duì)集成電路人才的要求，貫徹“國(guó)際接軌、應(yīng)用牽引、注重質(zhì)量”的教學(xué)理念，制定了復(fù)旦大學(xué)“微電子教學(xué)工作三年計(jì)劃大綱”并加以實(shí)施，在高端創(chuàng)新人才培養(yǎng)方面對(duì)專業(yè)教學(xué)的特色開展了深層的挖掘和拓展。

一、課程體系的完善和課程建設(shè)

微電子技術(shù)的高速發(fā)展要求微電子專業(yè)課程體系在相對(duì)固定的框架下不斷加以更新和完善。

我們?cè)O(shè)計(jì)了“復(fù)旦大學(xué)微電子學(xué)專業(yè)本科課程設(shè)置調(diào)查表”，根據(jù)對(duì)于目前工作在企業(yè)、大學(xué)和研究機(jī)構(gòu)的專業(yè)人士的調(diào)查結(jié)果，制定了新的微電子學(xué)本科培養(yǎng)方案。主要修改包括：

（1）加強(qiáng)物理基礎(chǔ)、電路理論和通信系統(tǒng)課程。微電子學(xué)科，特別是系統(tǒng)芯片集成技術(shù)，是融合物理、數(shù)學(xué)、電路理論和信息系統(tǒng)的綜合性應(yīng)用學(xué)科。因此，在原有課程基礎(chǔ)上，增加了有關(guān)近代物理、信號(hào)與通信系統(tǒng)、數(shù)字信號(hào)處理等課程，使微電子學(xué)生的知識(shí)覆蓋面更寬。

（2）面向研究、應(yīng)用和學(xué)科交叉的需要，增加專業(yè)選修課程。如增加了電子材料薄膜測(cè)試表征方法、射頻微電子學(xué)、鐵電材料與器件、Perl語(yǔ)言、計(jì)算微電子學(xué)、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)及數(shù)據(jù)分析等課程，為本科生將來(lái)進(jìn)一步從事研究和應(yīng)用開發(fā)打下基礎(chǔ)。

（3）強(qiáng)調(diào)能力和素質(zhì)訓(xùn)練，高度重視實(shí)驗(yàn)教學(xué)。開設(shè)了集成電路工藝實(shí)驗(yàn)、集成電路器件測(cè)試實(shí)驗(yàn)、集成電路可測(cè)性設(shè)計(jì)分析實(shí)驗(yàn)及專用集成電路設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)等從專業(yè)基礎(chǔ)到專業(yè)的多門實(shí)驗(yàn)課。

在課程體系調(diào)整完善的同時(shí)，還對(duì)于微電子專業(yè)基礎(chǔ)課和專業(yè)必修課開展了新一輪的課程建設(shè)。包括：

（1）精品課程的建設(shè)。幾年來(lái)，半導(dǎo)體物理、集成電路工藝原理、數(shù)字集成電路設(shè)計(jì)經(jīng)過(guò)建設(shè)已經(jīng)獲得復(fù)旦大學(xué)校級(jí)精品課程。其中半導(dǎo)體物理和集成電路工藝原理課程獲得學(xué)校的重點(diǎn)資助，正在建設(shè)上海市精品課程。另有半導(dǎo)體器件原理和模擬集成電路設(shè)計(jì)正在復(fù)旦大學(xué)校級(jí)精品課程建設(shè)之中，有望明年獲得稱號(hào)。

（2）增加全英語(yǔ)教學(xué)和雙語(yǔ)教學(xué)課程。為了滿足微電子技術(shù)的高速發(fā)展和學(xué)生盡快吸收、學(xué)習(xí)最新知識(shí)的需求，貫徹落實(shí)教育部“為適應(yīng)經(jīng)濟(jì)全球化和科技革命的挑戰(zhàn)，本科教育要?jiǎng)?chuàng)造條件使用英語(yǔ)等外語(yǔ)進(jìn)行公共課和專業(yè)課教學(xué)”的要求，在本科生專業(yè)課的教學(xué)中新增全英語(yǔ)教學(xué)課程3門，雙語(yǔ)教學(xué)課程4門。該類專業(yè)課程的開設(shè)也為微電子專業(yè)的國(guó)際交流學(xué)生提供了選課機(jī)會(huì)。

（3）教材建設(shè)。為了配合課程體系的完善和補(bǔ)充更新專業(yè)知識(shí)，除了選用一些國(guó)際頂級(jí)高校的教材之外，還依據(jù)我們的課程體系組織編寫了一系列專業(yè)教材和論著。有已經(jīng)出版的《深亞微米FPGA結(jié)構(gòu)與CAD設(shè)計(jì)》、《Modern Thermodynamics》、《現(xiàn)代熱力學(xué)－基于擴(kuò)展卡諾定理》，列入出版計(jì)劃的《半導(dǎo)體器件原理》、《超大規(guī)模集成電路工藝技術(shù)》和《計(jì)算機(jī)軟件技術(shù)基礎(chǔ)》。另外根據(jù)課程體系的要求對(duì)實(shí)驗(yàn)用書也進(jìn)行了更新。

為了傳承復(fù)旦微電子學(xué)的豐富教學(xué)經(jīng)驗(yàn)和保證教學(xué)質(zhì)量，建立了完備的教學(xué)輔導(dǎo)制度，如課前試講、課中聽課及聘請(qǐng)經(jīng)驗(yàn)豐富的退休老教師與青年教師結(jié)對(duì)子輔導(dǎo)等。每學(xué)期聽課總量和被聽課教師分別均超過(guò)所授課程和任課教師人數(shù)的50%以上。對(duì)所有聽課結(jié)果進(jìn)行了數(shù)據(jù)分析，并反饋給任課教師，為教師改進(jìn)教學(xué)提供了有益的幫助。在保證教學(xué)內(nèi)容的情況下，鼓勵(lì)教師嘗試新的教學(xué)手段，實(shí)現(xiàn)所有必修課程的電子化，建立主要必修課程的網(wǎng)頁(yè)，完全公開提供所有課件信息，部分課件獲得超過(guò)15000次的下載量。青年教師還獨(dú)創(chuàng)了“移動(dòng)課堂”的授課新方法，該方法能夠完整復(fù)制課堂教學(xué)，既能高清晰展示教學(xué)課件的內(nèi)容，又能把教師課上講解的聲音、動(dòng)作及臨時(shí)板書全部包含在內(nèi)，能夠使用大眾化的多媒體終端進(jìn)行播放，隨時(shí)隨地完美重現(xiàn)課堂講解全過(guò)程。

通過(guò)國(guó)際合作的研究生項(xiàng)目及教師出國(guó)交流，復(fù)旦大學(xué)微電子學(xué)專業(yè)教師的教學(xué)水平得到進(jìn)一步提升。在研究生的聯(lián)合培養(yǎng)項(xiàng)目（如復(fù)旦-TU Delft碩士生項(xiàng)目、復(fù)旦-KTH碩士生/博士生項(xiàng)目等）中海外高校教師來(lái)到復(fù)旦全程教授所有課程，復(fù)旦配備青年教師跟班聽課和擔(dān)任課程輔導(dǎo)。這使得青年教師的授課理念、授課方式及授課水平都有大幅提高。同時(shí)，由于聯(lián)合培養(yǎng)項(xiàng)目及其他合作項(xiàng)目，復(fù)旦的青年教師也被邀請(qǐng)參與海外高校的教學(xué)，擔(dān)任對(duì)方課程的主講，青年教師利用交流的機(jī)會(huì)，引進(jìn)海外高校的一些課程用于補(bǔ)充復(fù)旦微電子的培養(yǎng)方案。這些都為集成電路專業(yè)特色的挖掘和拓展起到重要的作用。

經(jīng)過(guò)幾年的努力，微電子專業(yè)的教學(xué)水平普遍得到提升，在教學(xué)評(píng)估中得到各個(gè)方面的好評(píng)。

二、培養(yǎng)方法的改進(jìn)和創(chuàng)新

培養(yǎng)適應(yīng)時(shí)代要求的微電子專業(yè)創(chuàng)新人才也需要在培養(yǎng)方法上加以改進(jìn)和創(chuàng)新。

針對(duì)微電子工程的特點(diǎn)，在堅(jiān)持扎實(shí)的理論的基礎(chǔ)上，強(qiáng)調(diào)理論聯(lián)系實(shí)際，開展實(shí)踐能力訓(xùn)練。在學(xué)校的支持下，教學(xué)實(shí)驗(yàn)室環(huán)境得到及時(shí)更新，幾個(gè)方面的實(shí)驗(yàn)教學(xué)在國(guó)內(nèi)形成特色。

（1）本科的集成電路工藝實(shí)驗(yàn)可以在學(xué)校自己的工藝線上完成芯片的清洗、氧化、擴(kuò)散、光刻、蒸發(fā)、腐蝕等基本工藝制作步驟，為學(xué)生完整掌握集成電路制造的基本能力提供了很好的實(shí)際訓(xùn)練。

（2）在集成電路測(cè)試方面，結(jié)合自動(dòng)化測(cè)試機(jī)臺(tái)（安捷倫SoC93000ATE），開設(shè)了可測(cè)性設(shè)計(jì)課程，附帶實(shí)驗(yàn)。

（3）集成電路設(shè)計(jì)課程都附帶課程項(xiàng)目實(shí)踐，培養(yǎng)了學(xué)生實(shí)際設(shè)計(jì)能力和素質(zhì)，取得很好效果。

通過(guò)課程教學(xué)訓(xùn)練學(xué)生創(chuàng)新思維和分析問(wèn)題的能力。嘗試開設(shè)了部分本科生和研究生同時(shí)共同選修的研討型課程。在課程學(xué)習(xí)的過(guò)程中，本科生不僅可以得到研究生的指導(dǎo)，在課堂上就某些課程內(nèi)容進(jìn)行探究，還可以在開展課程設(shè)計(jì)時(shí)在小組內(nèi)和研究生同學(xué)共同開展小型項(xiàng)目研究，對(duì)于提高本科生進(jìn)一步學(xué)習(xí)微電子專業(yè)的興趣和培養(yǎng)他們發(fā)現(xiàn)問(wèn)題解決問(wèn)題的能力有很大的幫助。

參加科研無(wú)疑是培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力的一個(gè)最為有效的途徑。配合復(fù)旦大學(xué)的要求，微電子學(xué)專業(yè)在本科階段，持續(xù)設(shè)置多種科研計(jì)劃，給予本科生進(jìn)實(shí)驗(yàn)室開展科研以支持。

（1）大一的“啟航”學(xué)術(shù)體驗(yàn)計(jì)劃。計(jì)劃鼓勵(lì)大一學(xué)生在感興趣的領(lǐng)域進(jìn)行探究式學(xué)習(xí)和實(shí)踐，為學(xué)生打造一個(gè)培養(yǎng)創(chuàng)新意識(shí)，鍛煉學(xué)術(shù)能力的資源平臺(tái)?！皢⒑健睂W(xué)術(shù)體驗(yàn)計(jì)劃的所有學(xué)術(shù)實(shí)踐項(xiàng)目均來(lái)自各個(gè)微電子專業(yè)的導(dǎo)師，學(xué)生通過(guò)對(duì)感興趣的項(xiàng)目進(jìn)行申報(bào)與自薦的形式申請(qǐng)加入各學(xué)術(shù)實(shí)踐小組。引導(dǎo)學(xué)生領(lǐng)略學(xué)科前沿，體驗(yàn)研究樂(lè)趣。

（2）二、三年級(jí)曦源項(xiàng)目。項(xiàng)目建立在學(xué)生自主學(xué)習(xí)和創(chuàng)新思想的基礎(chǔ)上，鼓勵(lì)志同道合的同學(xué)組成研究團(tuán)隊(duì)，獨(dú)立提出研究方向，尋找合適的指導(dǎo)教師。加入自己感興趣的研究方向的團(tuán)隊(duì)。在開放課題列表中尋找合適的課題方向，并向該課題指導(dǎo)教師進(jìn)行申請(qǐng)。還有更多的學(xué)生在大三甚至更早就進(jìn)入各個(gè)研究小組，參與教授領(lǐng)導(dǎo)的各類國(guó)家級(jí)、省部級(jí)項(xiàng)目及來(lái)自企業(yè)、海外等的合作項(xiàng)目的研究。在完成的計(jì)劃和項(xiàng)目成果之外，學(xué)生們還在收集文獻(xiàn)資料、獲取信息的能力，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、獨(dú)立思考的能力，運(yùn)用理論知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題的能力，設(shè)計(jì)和推導(dǎo)論證、分析與綜合的能力，科學(xué)實(shí)驗(yàn)、發(fā)明創(chuàng)造的能力，寫作和表說(shuō)的能力等方面，都有不同的收獲。

通過(guò)學(xué)生參加國(guó)際交流活動(dòng)及外籍教師講授課程給學(xué)生提供國(guó)際化的培養(yǎng)，提供層次更高、路徑多元的培養(yǎng)方案，培養(yǎng)了學(xué)生的國(guó)際化眼光，開拓了學(xué)生的培養(yǎng)渠道。

幾年來(lái)，微電子學(xué)專業(yè)學(xué)生的出國(guó)交流人數(shù)逐年增長(zhǎng)，從2008年起，共有20位本科生赴國(guó)外多個(gè)高校交流學(xué)習(xí)。交流的項(xiàng)目包括雙學(xué)位、長(zhǎng)學(xué)期和暑期項(xiàng)目等，交流時(shí)間從3個(gè)月到2年不等，交流學(xué)校包括美國(guó)（耶魯、UCLA等）、歐洲（伯明翰、赫爾辛基等）、日本（早稻田、慶應(yīng)等）及我國(guó)港臺(tái)高校。大多數(shù)同學(xué)在交流期間的學(xué)習(xí)成績(jī)達(dá)到交流學(xué)校的優(yōu)秀等級(jí)，同時(shí)積極參加交流學(xué)校教授小組的科研工作，得到了很好的評(píng)價(jià)。個(gè)別同學(xué)由于表現(xiàn)優(yōu)異在交流結(jié)束回國(guó)后被對(duì)方教授邀請(qǐng)?jiān)俅吻叭ネ瓿僧厴I(yè)論文；也有同學(xué)交流期間）參加國(guó)際級(jí)大師的科研小組工作，獲益匪淺，直研后表現(xiàn)出強(qiáng)于一般研究生的科研能力?？梢钥吹剑瑖?guó)際交流不僅為同學(xué)們提供了專業(yè)知識(shí)和研究能力的不同培養(yǎng)模式，也為他們提供了更加廣闊的視野和體驗(yàn)多種文化的機(jī)會(huì)，為他們今后的發(fā)展和進(jìn)步打下了很好的基礎(chǔ)。自特色專業(yè)建設(shè)以來(lái)，每學(xué)期均新開設(shè)“前沿講座”課程，課程內(nèi)容不固定，授課人為聘請(qǐng)的海外教師，有的來(lái)自海外高校，有的來(lái)自海外企業(yè)，課程均為全英語(yǔ)課程或雙語(yǔ)教學(xué)課程。這類課程直接引進(jìn)了海外高校的課程和教學(xué)方式，不僅學(xué)生受益，同時(shí)也培養(yǎng)了復(fù)旦微電子專業(yè)的青年教師。企業(yè)還提供與課程內(nèi)容直接相關(guān)的軟件，在改善教學(xué)環(huán)境的同時(shí)，還為學(xué)生參加科研提供了培訓(xùn)。

經(jīng)過(guò)2年多特色專業(yè)項(xiàng)目的建設(shè)，復(fù)旦微電子學(xué)專業(yè)在鞏固已有教學(xué)特色基礎(chǔ)上，在高端創(chuàng)新人才培養(yǎng)方面進(jìn)行了深層的挖掘和拓展，取得了一系列的成果。

第6篇：集成電路設(shè)計(jì)論文范文

P鍵詞音頻信號(hào)；WM8731S；先入先出存儲(chǔ)器

中圖分類號(hào)TP3

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A

文章編號(hào)2095-6363（2017）04-0095-02

1.概述

1.1論文研究的目的及意義

目前用VHDL進(jìn)行電路設(shè)計(jì)，可以經(jīng)過(guò)綜合與布局，燒錄至FPGA上進(jìn)行測(cè)試，是硬件集成電路設(shè)計(jì)驗(yàn)證的技術(shù)主流。在大多數(shù)的FPGA里面，這些可編輯的元件里也包含記憶元件，是小批量系統(tǒng)提高系統(tǒng)集成度、可靠性的最佳選擇之一。數(shù)字語(yǔ)音集成電路與嵌入式微處理器相結(jié)合，首先降低了產(chǎn)品研發(fā)成本，其次系統(tǒng)更小、耗電低，況且使設(shè)計(jì)更簡(jiǎn)單，電路擴(kuò)展方便且體積小，應(yīng)用前景更廣，如無(wú)人駕駛、5G技術(shù)、消費(fèi)電子產(chǎn)品、排隊(duì)機(jī)、報(bào)警以及報(bào)站器等。

1.2系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案

FPGA的開發(fā)相對(duì)于傳統(tǒng)Pc、單片機(jī)的開發(fā)有很大不同，F(xiàn)PGA的邏輯是通過(guò)向內(nèi)部靜態(tài)存儲(chǔ)單元加載編程數(shù)據(jù)來(lái)實(shí)現(xiàn)的，存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器單元中的值決定了邏輯單元的邏輯功能以及各模塊之間或模塊與I/0間的聯(lián)接方式，并最終決定了FPGA所能實(shí)現(xiàn)的功能，F(xiàn)PGA允許無(wú)限次的編程。FGPA芯片對(duì)WM8731進(jìn)行控制，使得WM8731對(duì)音頻信號(hào)進(jìn)行濾波處理。隨著百萬(wàn)門級(jí)FPGA的推出單片系統(tǒng)成為可能。為了支持SOPE的實(shí)現(xiàn)方便用戶的開發(fā)與應(yīng)用altera還提供了眾多性能優(yōu)良的宏模塊、IP核以及系統(tǒng)集成等完整的解決方案。這些宏功能模塊、IP核都經(jīng)過(guò)了嚴(yán)格的測(cè)試使用這些模塊將大大減少設(shè)計(jì)的風(fēng)險(xiǎn)縮短開發(fā)周期并且可使用戶將更多的精力和時(shí)間放在改善和提高設(shè)計(jì)系統(tǒng)的性能上而不是重復(fù)開發(fā)已有的模塊。

2.系統(tǒng)的處理

2.1本音頻信號(hào)處理系統(tǒng)

本音頻信號(hào)處理系統(tǒng)以WM8731芯片為處理平臺(tái)，以FPGA芯為控制中心，控制音頻解編碼芯片WM8731對(duì)輸入的音頻信號(hào)進(jìn)行濾波處理，以獲得高品質(zhì)的音頻數(shù)字信號(hào)，再將高品質(zhì)的音頻數(shù)字信號(hào)輸出到信號(hào)接收端。由音頻編解碼模塊電路、控制器模塊、時(shí)鐘分頻模塊、I2c時(shí)序接口模塊、I2c控制字配置模塊、I2s時(shí)序接口及音頻數(shù)據(jù)處理模塊、FIFO先進(jìn)先出存儲(chǔ)器設(shè)計(jì)、帶通數(shù)字濾波設(shè)計(jì)8部分構(gòu)成。

2.2各部分電路原理

1）時(shí)鐘分頻模塊由于要使WM8731工作，此主時(shí)鐘頻率依照該芯片工作的不同模式有12.288MHz、18.432MHz、11.2896MHz以及16.9344MHz這4中頻率可選。

2）I2c時(shí)序接口模塊。實(shí)現(xiàn)對(duì)I2c時(shí)序的模擬，控制SCLK（數(shù)據(jù)時(shí)鐘）和SDAT（數(shù)據(jù)線）將存放在I2c_data中的24位控制字串行發(fā)送給W～8731，該模塊例化于I2c控制字配置模塊之中，以實(shí)現(xiàn)對(duì)該芯片的控制字寫入。

3）I2c控制字配置模塊。分別為：MODE、CSB、SDIN和SCLK。對(duì)應(yīng)功能為控制接口選擇線、片選或地址選擇線、數(shù)據(jù)輸入線和時(shí)鐘輸入線。它具有2線和3線兩種模式。本文采用2線模式對(duì)WM8731進(jìn)行控制。為MPU接口。選擇MODE為0時(shí)為2線模式。

4）I2s時(shí)序接口及音頻數(shù)據(jù)處理模塊。將18.432MHz的主時(shí)鐘分頻，產(chǎn)生均為48kHz的數(shù)模轉(zhuǎn)換和模數(shù)轉(zhuǎn)換采樣率時(shí)鐘以及對(duì)應(yīng)的數(shù)字音頻時(shí)鐘（BELK）。除此之外，在此模塊中還調(diào)用了I2s串行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)并行數(shù)據(jù)模塊，并定義變量state作為串并變換的起始標(biāo)志。

5）FIFO先進(jìn)先出存儲(chǔ)器，是一種非?；荆褂梅浅V泛的模塊。

3.系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)及調(diào)試

軟件分為控制器模塊程序、時(shí)鐘分頻模塊、I2c總線時(shí)序模塊、12S時(shí)序接口及音頻數(shù)據(jù)處理模塊。本系統(tǒng)是基于FPGA的音頻編解碼芯片控制器，用以實(shí)現(xiàn)對(duì)語(yǔ)音芯片WM8731的控制。在整個(gè)系統(tǒng)中，用到了標(biāo)準(zhǔn)MIC、Line-in、Line-out接口、2個(gè)開關(guān)按鍵以及3個(gè)按鈕式按鍵。FPGA器件主要通過(guò)12C總線給語(yǔ)音芯片WM8731經(jīng)行控制字配置。初始化完成后，音頻數(shù)據(jù)從MIC或LineIn輸入，經(jīng)過(guò)A/D轉(zhuǎn)換后，數(shù)字信號(hào)再進(jìn)入FIFO，再經(jīng)過(guò)FIR數(shù)字濾波處理，之后成為串行的數(shù)字信號(hào)并由12S總線傳入FPGA器件。經(jīng)過(guò)串并變換等處理之后，再經(jīng)過(guò)D/A轉(zhuǎn)換由LineOut通過(guò)耳機(jī)輸出。在調(diào)試過(guò)程中，始終選擇主模式，DACSEL始終置為數(shù)字信號(hào)輸出。在測(cè)試中，WM8731能夠輸出高品質(zhì)的音頻信號(hào)。

第7篇：集成電路設(shè)計(jì)論文范文

關(guān)鍵詞　微電子技術(shù)　集成系統(tǒng)　微機(jī)電系統(tǒng)　dna芯片

1 引　言

綜觀人類社會(huì)發(fā)展的文明史，一切生產(chǎn)方式和生活方式的重大變革都是由于新的科學(xué)發(fā)現(xiàn)和新技術(shù)的產(chǎn)生而引發(fā)的，科學(xué)技術(shù)作為革命的力量，推動(dòng)著人類社會(huì)向前發(fā)展。從50多年前晶體管的發(fā)明到目前微電子技術(shù)成為整個(gè)信息社會(huì)的基礎(chǔ)和核心的發(fā)展歷史充分證明了“科學(xué)技術(shù)是第一生產(chǎn)力”。信息是客觀事物狀態(tài)和運(yùn)動(dòng)特征的一種普遍形式，與材料和能源一起是人類社會(huì)的重要資源，但對(duì)它的利用卻僅僅是開始。當(dāng)前面臨的信息革命以數(shù)字化和網(wǎng)絡(luò)化作為特征。數(shù)字化大大改善了人們對(duì)信息的利用，更好地滿足了人們對(duì)信息的需求；而網(wǎng)絡(luò)化則使人們更為方便地交換信息，使整個(gè)地球成為一個(gè)“地球村”。以數(shù)字化和網(wǎng)絡(luò)化為特征的信息技術(shù)同一般技術(shù)不同，它具有極強(qiáng)的滲透性和基礎(chǔ)性，它可以滲透和改造各種產(chǎn)業(yè)和行業(yè)，改變著人類的生產(chǎn)和生活方式，改變著經(jīng)濟(jì)形態(tài)和社會(huì)、政治、文化等各個(gè)領(lǐng)域。而它的基礎(chǔ)之一就是微電子技術(shù)?？梢院敛豢鋸埖卣f(shuō)，沒有微電子技術(shù)的進(jìn)步，就不可能有今天信息技術(shù)的蓬勃發(fā)展，微電子已經(jīng)成為整個(gè)信息社會(huì)發(fā)展的基石。

50多年來(lái)微電子技術(shù)的發(fā)展歷史，實(shí)際上就是不斷創(chuàng)新的過(guò)程，這里指的創(chuàng)新包括原始創(chuàng)新、技術(shù)創(chuàng)新和應(yīng)用創(chuàng)新等。晶體管的發(fā)明并不是一個(gè)孤立的精心設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)，而是一系列固體物理、半導(dǎo)體物理、材料科學(xué)等取得重大突破后的必然結(jié)果。1947年發(fā)明點(diǎn)接觸型晶體管、1948年發(fā)明結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)晶體管以及以后的硅平面工藝、集成電路、cmos技術(shù)、半導(dǎo)體隨機(jī)存儲(chǔ)器、cpu、非揮發(fā)存儲(chǔ)器等微電子領(lǐng)域的重大發(fā)明也都是一系列創(chuàng)新成果的體現(xiàn)。同時(shí)，每一項(xiàng)重大發(fā)明又都開拓出一個(gè)新的領(lǐng)域，帶來(lái)了新的巨大市場(chǎng)，對(duì)我們的生產(chǎn)、生活方式產(chǎn)生了重大的影響。也正是由于微電子技術(shù)領(lǐng)域的不斷創(chuàng)新，才能使微電子能夠以每三年集成度翻兩番、特征尺寸縮小倍的速度持續(xù)發(fā)展幾十年。自1968年開始，與硅技術(shù)有關(guān)的學(xué)術(shù)論文數(shù)量已經(jīng)超過(guò)了與鋼鐵有關(guān)的學(xué)術(shù)論文，所以有人認(rèn)為，1968年以后人類進(jìn)入了繼石器、青銅器、鐵器時(shí)代之后硅石時(shí)代（silicon age）〖1〗。因此可以說(shuō)社會(huì)發(fā)展的本質(zhì)是創(chuàng)新，沒有創(chuàng)新，社會(huì)就只能被囚禁在“超穩(wěn)態(tài)”陷阱之中。雖然創(chuàng)新作為經(jīng)濟(jì)發(fā)展的改革動(dòng)力往往會(huì)給社會(huì)帶來(lái)“創(chuàng)造性的破壞”，但經(jīng)過(guò)這種破壞后，又將開始一個(gè)新的處于更高層次的創(chuàng)新循環(huán)，社會(huì)就是以這樣螺旋形上升的方式向前發(fā)展。

在微電子技術(shù)發(fā)展的前50年，創(chuàng)新起到了決定性的作用，而今后微電子技術(shù)的發(fā)展仍將依賴于一系列創(chuàng)新性成果的出現(xiàn)。我們認(rèn)為：目前微電子技術(shù)已經(jīng)發(fā)展到了一個(gè)很關(guān)鍵的時(shí)期，21世紀(jì)上半葉，也就是今后50年微電子技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)和主要的創(chuàng)新領(lǐng)域主要有以下四個(gè)方面：以硅基cmos電路為主流工藝；系統(tǒng)芯片（system on a chip，soc）為發(fā)展重點(diǎn)；量子電子器件和以分子（原子）自組裝技術(shù)為基礎(chǔ)的納米電子學(xué)；與其他學(xué)科的結(jié)合誕生新的技術(shù)增長(zhǎng)點(diǎn)，如mems，dna chip等。

2 21世紀(jì)上半葉仍將以硅基cmos電路為主流工藝

微電子技術(shù)發(fā)展的目標(biāo)是不斷提高集成系統(tǒng)的性能及性能價(jià)格比，因此便要求提高芯片的集成度，這是不斷縮小半導(dǎo)體器件特征尺寸的動(dòng)力源泉。以mos技術(shù)為例，溝道長(zhǎng)度縮小可以提高集成電路的速度；同時(shí)縮小溝道長(zhǎng)度和寬度還可減小器件尺寸，提高集成度，從而在芯片上集成更多數(shù)目的晶體管，將結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜、性能更加完善的電子系統(tǒng)集成在一個(gè)芯片上；此外，隨著集成度的提高，系統(tǒng)的速度和可靠性也大大提高，價(jià)格大幅度下降。由于片內(nèi)信號(hào)的延遲總小于芯片間的信號(hào)延遲，這樣在器件尺寸縮小后，即使器件本身的性能沒有提高，整個(gè)集成系統(tǒng)的性能也可以得到很大的提高。

自1958年集成電路發(fā)明以來(lái)，為了提高電子系統(tǒng)的性能，降低成本，微電子器件的特征尺寸不斷縮小，加工精度不斷提高，同時(shí)硅片的面積不斷增大。集成電路芯片的發(fā)展基本上遵循了intel公司創(chuàng)始人之一的gordon e．moore 1965年預(yù)言的摩爾定律，即每隔三年集成度增加4倍，特征尺寸縮小倍。在這期間，雖然有很多人預(yù)測(cè)這種發(fā)展趨勢(shì)將減緩，但是微電子產(chǎn)業(yè)三十多年來(lái)發(fā)展的狀況證實(shí)了moore的預(yù)言[2]。而且根據(jù)我們的預(yù)測(cè)，微電子技術(shù)的這種發(fā)展趨勢(shì)還將在21世紀(jì)繼續(xù)一段時(shí)期，這是其它任何產(chǎn)業(yè)都無(wú)法與之比擬的。

現(xiàn)在，0．18微米cmos工藝技術(shù)已成為微電子產(chǎn)業(yè)的主流技術(shù)，0．035微米乃至0．020微米的器件已在實(shí)驗(yàn)室中制備成功，研究工作已進(jìn)入亞0．1微米技術(shù)階段，相應(yīng)的柵氧化層厚度只有2．0～1．0nm。預(yù)計(jì)到2010年，特征尺寸為0．05～0．07微米的64gdram產(chǎn)品將投入批量生產(chǎn)。

21世紀(jì)，起碼是21世紀(jì)上半葉,微電子生產(chǎn)技術(shù)仍將以尺寸不斷縮小的硅基cmos工藝技術(shù)為主流。盡管微電子學(xué)在化合物和其它新材料方面的研究取得了很大進(jìn)展；但還不具備替代硅基工藝的條件。根據(jù)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展規(guī)律，一種新技術(shù)從誕生到成為主流技術(shù)一般需要20到30年的時(shí)間，硅集成電路技術(shù)自1947年發(fā)明晶體管1958年發(fā)明集成電路,到60年代末發(fā)展成為大產(chǎn)業(yè)也經(jīng)歷了20多年的時(shí)間。另外，全世界數(shù)以萬(wàn)億美元計(jì)的設(shè)備和技術(shù)投入，已使硅基工藝形成非常強(qiáng)大的產(chǎn)業(yè)能力；同時(shí)，長(zhǎng)期的科研投入已使人們對(duì)硅及其衍生物各種屬性的了解達(dá)到十分深入、十分透徹的地步，成為自然界100多種元素之最，這是非常寶貴的知識(shí)積累。產(chǎn)業(yè)能力和知識(shí)積累決定了硅基工藝起碼將在50年內(nèi)仍起重要作用，人們不會(huì)輕易放棄。

目前很多人認(rèn)為當(dāng)微電子技術(shù)的特征尺寸在2015年達(dá)到0．030～0．015微米的“極限”之后，將是硅技術(shù)時(shí)代的結(jié)束，這實(shí)際上是一種誤解。且不說(shuō)微電子技術(shù)除了以特征尺寸為代表的加工工藝技術(shù)之外，還有設(shè)計(jì)技術(shù)、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)等方面需要進(jìn)一步的大力發(fā)展，這些技術(shù)的發(fā)展必將使微電子產(chǎn)業(yè)繼續(xù)高速增長(zhǎng)。即使是加工工藝技術(shù)，很多著名的微電子學(xué)家也預(yù)測(cè)，微電子產(chǎn)業(yè)將于2030年左右步入像汽車工業(yè)、航空工業(yè)這樣的比較成熟的朝陽(yáng)工業(yè)領(lǐng)域。即使微電子產(chǎn)業(yè)步入汽車、航空等成熟工業(yè)領(lǐng)域，它仍將保持快速發(fā)展趨勢(shì)，就像汽車、航空工業(yè)已經(jīng)發(fā)展了50多年仍極具發(fā)展?jié)摿σ粯印?/p>

隨著器件的特征尺寸越來(lái)越小，不可避免地會(huì)遇到器件結(jié)構(gòu)、關(guān)鍵工藝、集成技術(shù)以及材料等方面的一系列問(wèn)題，究其原因，主要是：對(duì)其中的物理規(guī)律等科學(xué)問(wèn)題的認(rèn)識(shí)還停留在集成電路誕生和發(fā)展初期所形成的經(jīng)典或半經(jīng)典理論基礎(chǔ)上，這些理論適合于描述微米量級(jí)的微電子器件，但對(duì)空間尺度為納米量級(jí)、空間尺度為飛秒量級(jí)的系統(tǒng)芯片中的新器件則難以適用；在材料體系上，sio2柵介質(zhì)材料、多晶硅／硅化物柵電極等傳統(tǒng)材料由于受到材料特性的制約，已無(wú)法滿足亞50納米器件及電路的需求；同時(shí)傳統(tǒng)器件結(jié)構(gòu)也已無(wú)法滿足亞50納米器件的要求，必須發(fā)展新型的器件結(jié)構(gòu)和微細(xì)加工、互連、集成等關(guān)鍵工藝技術(shù)。具體的需要?jiǎng)?chuàng)新和重點(diǎn)發(fā)展的領(lǐng)域包括：基于介觀和量子物理基礎(chǔ)的半導(dǎo)體器件的輸運(yùn)理論、器件模型、模擬和仿真軟件，新型器件結(jié)構(gòu)，高k柵介質(zhì)材料和新型柵結(jié)構(gòu)，電子束步進(jìn)光刻、13nmeuv光刻、超細(xì)線條刻蝕，soi、gesi／si等與硅基工藝兼容的新型電路，低k介質(zhì)和cu互連以及量子器件和納米電子器件的制備和集成技術(shù)等。

3 量子電子器件（qed）和以分子原子自組裝技術(shù)為基礎(chǔ)的納米電子學(xué)將帶來(lái)嶄新的領(lǐng)域

在上節(jié)我們談到的以尺寸不斷縮小的硅基cmos工藝技術(shù)，可稱之為“scaling down”，與此同時(shí)我們必須注意“bottom up”?！癰ottom up”最重要的領(lǐng)域有二個(gè)方面：

(1)量子電子器件（qed—quantum electron device）這里包括單電子器件和單電子存儲(chǔ)器等。它的基本原理是基于庫(kù)侖阻塞機(jī)理控制一個(gè)或幾個(gè)電子運(yùn)動(dòng)，由于系統(tǒng)能量的改變和庫(kù)侖作用，一個(gè)電子進(jìn)入到一個(gè)勢(shì)阱，則將阻止其它電子的進(jìn)入。在單電子存儲(chǔ)器中量子阱替代了通常存儲(chǔ)器中的浮柵。它的主要優(yōu)點(diǎn)是集成度高；由于只有一個(gè)或幾個(gè)電子活動(dòng)所以功耗極低；由于相對(duì)小的電容和電阻以及短的隧道穿透時(shí)間，所以速度很快；且可用于多值邏輯和超高頻振蕩。但它的問(wèn)題是制造比較困難，特別是制造大量的一致性器件很困難；對(duì)環(huán)境高度敏感，可靠性難以保證；在室溫工作時(shí)要求電容極小（αf），要求量子點(diǎn)大小在幾個(gè)納米。這些都為集成成電路帶來(lái)了很大困難。

因此，目前可以認(rèn)為它們的理論是清楚的，工藝有待于探索和突破。

(2)以原子分子自組裝技術(shù)為基礎(chǔ)的納米電子學(xué)。這里包括量子點(diǎn)陣列（qca—quantum－dot cellular automata)和以碳納米管為基礎(chǔ)的原子分子器件等。

量子點(diǎn)陣列由量子點(diǎn)組成，至少由四個(gè)量子點(diǎn),它們之間以靜電力作用。根據(jù)電子占據(jù)量子點(diǎn)的狀態(tài)形成“0”和“1”狀態(tài)。它在本質(zhì)上是一種非晶體管和無(wú)線的方式達(dá)到陣列的高密度、低功耗和實(shí)現(xiàn)互連。其基本優(yōu)勢(shì)是開關(guān)速度快，功耗低，集成密度高。但難以制造，且對(duì)值置變化和大小改變都極為靈敏，0．05nm的變化可以造成單元工作失效。

以碳納米管為基礎(chǔ)的原子分子器件是近年來(lái)快速發(fā)展的一個(gè)有前景的領(lǐng)域。碳原子之間的鍵合力很強(qiáng)，可支持高密度電流，而熱導(dǎo)性能類似于金剛石，能在高集成度時(shí)大大減小熱耗散，性質(zhì)類金屬和半導(dǎo)體，特別是它有三種可能的雜交態(tài)，而ge、si只有一個(gè)。這些都使碳納米管（cnt）成為當(dāng)前科研熱點(diǎn)，從1991年發(fā)現(xiàn)以來(lái)，現(xiàn)在已有大量成果涌現(xiàn)，北京大學(xué)納米中心彭練矛教授也已制備出0．33納米的cnt并提出“t形結(jié)”作為晶體管的可能性。但是問(wèn)題是如何去生長(zhǎng)有序的符合設(shè)計(jì)性能的cnt器件，更難以集成。

目前“bottom up”的量子器件和以自組裝技術(shù)為基礎(chǔ)的納米器件在制造工藝上往往與“scaling down”的加工方法相結(jié)合以制造器件。這對(duì)于解決高集成度cmos電路的功耗制約將會(huì)帶來(lái)突破性的進(jìn)展。

qca和cnt器件不論在理論上還是加工技術(shù)上都有大量工作要做，有待突破，離開實(shí)際應(yīng)用還需較長(zhǎng)時(shí)日！但這終究是一個(gè)誘人探索的領(lǐng)域，我們期待它們將創(chuàng)出一個(gè)新的天地。

4 系統(tǒng)芯片（system on a chip）是21世紀(jì)微電子技術(shù)發(fā)展的重點(diǎn)

在集成電路（ic）發(fā)展初期，電路設(shè)計(jì)都從器件的物理版圖設(shè)計(jì)入手，后來(lái)出現(xiàn)了集成電路單元庫(kù)（cell－lib），使得集成電路設(shè)計(jì)從器件級(jí)進(jìn)入邏輯級(jí)，這樣的設(shè)計(jì)思路使大批電路和邏輯設(shè)計(jì)師可以直接參與集成電路設(shè)計(jì)，極大地推動(dòng)了ic產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。但集成電路僅僅是一種半成品，它只有裝入整機(jī)系統(tǒng)才能發(fā)揮它的作用。ic芯片是通過(guò)印刷電路板（pcb）等技術(shù)實(shí)現(xiàn)整機(jī)系統(tǒng)的。盡管ic的速度可以很高、功耗可以很小，但由于pcb板中ic芯片之間的連線延時(shí)、pcb板可靠性以及重量等因素的限制，整機(jī)系統(tǒng)的性能受到了很大的限制。隨著系統(tǒng)向高速度、低功耗、低電壓和多媒體、網(wǎng)絡(luò)化、移動(dòng)化的發(fā)展，系統(tǒng)對(duì)電路的要求越來(lái)越高，傳統(tǒng)集成電路設(shè)計(jì)技術(shù)已無(wú)法滿足性能日益提高的整機(jī)系統(tǒng)的要求。同時(shí)，由于ic設(shè)計(jì)與工藝技術(shù)水平提高，集成電路規(guī)模越來(lái)越大，復(fù)雜程度越來(lái)越高，已經(jīng)可以將整個(gè)系統(tǒng)集成為一個(gè)芯片。目前已經(jīng)可以在一個(gè)芯片上集成108－109個(gè)晶體管，而且隨著微電子制造技術(shù)的發(fā)展，21世紀(jì)的微電子技術(shù)將從目前的3g時(shí)代逐步發(fā)展到3t時(shí)代（即存儲(chǔ)容量由g位發(fā)展到t位、集成電路器件的速度由ghz發(fā)展到燈thz、數(shù)據(jù)傳輸速率由gbps發(fā)展到tbps，注：1g=109、1t=1012、bps：每秒傳輸數(shù)據(jù)位數(shù)）。

正是在需求牽引和技術(shù)推動(dòng)的雙重作用下，出現(xiàn)了將整個(gè)系統(tǒng)集成在一個(gè)微電子芯片上的系統(tǒng)芯片（system on a chip，簡(jiǎn)稱soc）概念。

系統(tǒng)芯片（soc）與集成電路（ic）的設(shè)計(jì)思想是不同的，它是微電子設(shè)計(jì)領(lǐng)域的一場(chǎng)革命，它和集成電路的關(guān)系與當(dāng)時(shí)集成電路與分立元器件的關(guān)系類似，它對(duì)微電子技術(shù)的推動(dòng)作用不亞于自50年代末快速發(fā)展起來(lái)的集成電路技術(shù)。

soc是從整個(gè)系統(tǒng)的角度出發(fā)，把處理機(jī)制、模型算法、芯片結(jié)構(gòu)、各層次電路直至器件的設(shè)計(jì)緊密結(jié)合起來(lái)，在單個(gè)（或少數(shù)幾個(gè)）芯片上完成整個(gè)系統(tǒng)的功能，它的設(shè)計(jì)必須是從系統(tǒng)行為級(jí)開始的自頂向下（top－down）的。很多研究表明，與ic組成的系統(tǒng)相比，由于soc設(shè)計(jì)能夠綜合并全盤考慮整個(gè)系統(tǒng)的各種情況，可以在同樣的工藝技術(shù)條件下實(shí)現(xiàn)更高性能的系統(tǒng)指標(biāo)。例如若采用soc方法和0．35μm工藝設(shè)計(jì)系統(tǒng)芯片,在相同的系統(tǒng)復(fù)雜度和處理速率下，能夠相當(dāng)于采用0．18～0.25μm工藝制作的ic所實(shí)現(xiàn)的同樣系統(tǒng)的性能；還有，與采用常規(guī)ic方法設(shè)計(jì)的芯片相比,采用soc設(shè)計(jì)方法完成同樣功能所需要的晶體管數(shù)目約可以降低l～2個(gè)數(shù)量級(jí)。

對(duì)于系統(tǒng)芯片（soc）的發(fā)展，主要有三個(gè)關(guān)鍵的支持技術(shù)。

（1）軟、硬件的協(xié)同設(shè)計(jì)技術(shù)。面向不同系統(tǒng)的軟件和硬件的功能劃分理論（functional partition theory），這里不同的系統(tǒng)涉及諸多計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、通訊系統(tǒng)、數(shù)據(jù)壓縮解壓縮和加密解密系統(tǒng)等等。

（2）ip模塊庫(kù)問(wèn)題。ip模塊有三種,即軟核，主要是功能描述；固核，主要為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；和硬核，基于工藝的物理設(shè)計(jì)、與工藝相關(guān)，并經(jīng)過(guò)工藝驗(yàn)證過(guò)的。其中以硬核使用價(jià)值最高。cmos的cpu、dram、sram、e2prom和flash memory以及a／d、d／a等都可以成為硬核。其中尤以基于深亞微米的新器件模型和電路模擬為基礎(chǔ)，在速度與功耗上經(jīng)過(guò)優(yōu)化并有最大工藝容差的模塊最有價(jià)值?，F(xiàn)在,美國(guó)硅谷在80年代出現(xiàn)無(wú)生產(chǎn)線（fabless)公司的基礎(chǔ)上，90年代后期又出現(xiàn)了一些無(wú)芯片（chipless）的公司,專門銷售ip模塊。

（3）模塊界面間的綜合分析技術(shù),這主要包括ip模塊間的膠聯(lián)邏輯技術(shù)（glue logic technologies）和ip模塊綜合分析及其實(shí)現(xiàn)技術(shù)等。

微電子技術(shù)從ic向soc轉(zhuǎn)變不僅是一種概念上的突破,同時(shí)也是信息技術(shù)新發(fā)展的里程碑。通過(guò)以上三個(gè)支持技術(shù)的創(chuàng)新,它必將導(dǎo)致又一次以系統(tǒng)芯片為主的信息技術(shù)上的革命。目前，soc技術(shù)已經(jīng)嶄露頭角，21世紀(jì)將是soc技術(shù)真正快速發(fā)展的時(shí)期。

在新一代系統(tǒng)芯片領(lǐng)域，需要重點(diǎn)突破的創(chuàng)新點(diǎn)主要包括實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能的算法和電路結(jié)構(gòu)兩個(gè)方面。在微電子技術(shù)的發(fā)展歷史上,每一種算法的提出都會(huì)引起一場(chǎng)變革，例如維特比算法、小波變換等均對(duì)集成電路設(shè)計(jì)技術(shù)的發(fā)展起到了非常重要的作用,目前神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、模糊算法等也很有可能取得較大的突破。提出一種新的電路結(jié)構(gòu)可以帶動(dòng)一系列的應(yīng)用,但提出一種新的算法則可以帶動(dòng)一個(gè)新的領(lǐng)域,因此算法應(yīng)是今后系統(tǒng)芯片領(lǐng)域研究的重點(diǎn)學(xué)科之一。在電路結(jié)構(gòu)方面,在系統(tǒng)芯片中，由于射頻、存儲(chǔ)器件的加入，其中的電路結(jié)構(gòu)已經(jīng)不是傳統(tǒng)意義上的cmos結(jié)構(gòu)，因此需要發(fā)展更靈巧的新型電路結(jié)構(gòu)。另外，為了實(shí)現(xiàn)膠聯(lián)邏輯（glue logic）新的邏輯陣列技術(shù)有望得到快速的發(fā)展,在這一方面也需要做系統(tǒng)深入的研究。

5 微電子與其他學(xué)科的結(jié)合誕生新的技術(shù)增長(zhǎng)點(diǎn)

微電子技術(shù)的強(qiáng)大生命力在于它可以低成本、大批量地生產(chǎn)出具有高可靠性和高精度的微電子結(jié)構(gòu)模塊。這種技術(shù)一旦與其它學(xué)科相結(jié)合,便會(huì)誕生出一系列嶄新的學(xué)科和重大的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)點(diǎn)，這方面的典型例子便是mems（微機(jī)電系統(tǒng)）技術(shù)和dna生物芯片。前者是微電子技術(shù)與機(jī)械、光學(xué)等領(lǐng)域結(jié)合而誕生的，后者則是與生物工程技術(shù)結(jié)合的產(chǎn)物。

微電子機(jī)械系統(tǒng)不僅是微電子技術(shù)的拓寬和延伸,它將微電子技術(shù)和精密機(jī)械加工技術(shù)相互融合，實(shí)現(xiàn)了微電子與機(jī)械融為一體的系統(tǒng)。mems將電子系統(tǒng)和外部世界聯(lián)系起來(lái)，它不僅可以感受運(yùn)動(dòng)、光、聲、熱、磁等自然界的外部信號(hào)，把這些信號(hào)轉(zhuǎn)換成電子系統(tǒng)可以認(rèn)識(shí)的電信號(hào)，而且還可以通過(guò)電子系統(tǒng)控制這些信號(hào)，發(fā)出指令并完成該指令。從廣義上講，mems是指集微型傳感器、微型執(zhí)行器、信號(hào)處理和控制電路、接口電路、通信系統(tǒng)以及電源于一體的微型機(jī)電系統(tǒng)。mems技術(shù)是一種典型的多學(xué)科交叉的前沿性研究領(lǐng)域，它幾乎涉及到自然及工程科學(xué)的所有領(lǐng)域，如電子技術(shù)、機(jī)械技術(shù)、光學(xué)、物理學(xué)、化學(xué)、生物醫(yī)學(xué)、材料科學(xué)、能源科學(xué)等〖3〗。

mems的發(fā)展開辟了一個(gè)全新的技術(shù)領(lǐng)域和產(chǎn)業(yè)。它們不僅可以降低機(jī)電系統(tǒng)的成本，而且還可以完成許多大尺寸機(jī)電系統(tǒng)所不能完成的任務(wù)。正是由于mems器件和系統(tǒng)具有體積小、重量輕、功耗低、成本低、可靠性高、性能優(yōu)異及功能強(qiáng)大等傳統(tǒng)傳感器無(wú)法比擬的優(yōu)點(diǎn),因而mems在航空、航天、汽車、生物醫(yī)學(xué)、環(huán)境監(jiān)控、軍事以及幾乎人們接觸到的所有領(lǐng)域中都有著十分廣闊的應(yīng)用前景。例如微慣性傳感器及其組成的微型慣性測(cè)量組合能應(yīng)用于制導(dǎo)、衛(wèi)星控制、汽車自動(dòng)駕駛、汽車防撞氣囊、汽車防抱死系統(tǒng)（abs）、穩(wěn)定控制和玩具；微流量系統(tǒng)和微分析儀可用于微推進(jìn)、傷員救護(hù)；信息mems系統(tǒng)將在射頻系統(tǒng)、全光通訊系統(tǒng)和高密度存儲(chǔ)器和顯示等方面發(fā)揮重大作用；同時(shí)mems系統(tǒng)還可以用于醫(yī)療、光譜分析、信息采集等等?，F(xiàn)在已經(jīng)成功地制造出了尖端直徑為5μm的可以?shī)A起一個(gè)紅細(xì)胞的微型鑷子，可以在磁場(chǎng)中飛行的象蝴蝶大小的飛機(jī)等。

mems技術(shù)及其產(chǎn)品的增長(zhǎng)速度非常之高，目前正處在技術(shù)發(fā)展時(shí)期，再過(guò)若干年將會(huì)迎來(lái)mems產(chǎn)業(yè)化高速發(fā)展的時(shí)期。2000年，全世界mems的市場(chǎng)達(dá)到120到140億美元，而帶來(lái)的與之相關(guān)的市場(chǎng)達(dá)到1000億美元。

目前，mems系統(tǒng)與集成電路發(fā)展的初期情況極為相似。集成電路發(fā)展初期，其電路在今天看來(lái)是很簡(jiǎn)單的，應(yīng)用也非常有限，以軍事需求為主,但它的誘人前景吸引了人們進(jìn)行大量投資，促進(jìn)了集成電路飛速發(fā)展。集成電路技術(shù)的進(jìn)步,加快了計(jì)算機(jī)更新?lián)Q代的速度，對(duì)cpu和ram的需求越來(lái)越大,反過(guò)來(lái)又促進(jìn)了集成電路的發(fā)展。集成電路和計(jì)算機(jī)在發(fā)展中相互推動(dòng)，形成了今天的雙贏局面，帶來(lái)了一場(chǎng)信息革命?，F(xiàn)階段的微機(jī)電系統(tǒng)專用性很強(qiáng)，單個(gè)系統(tǒng)的應(yīng)用范圍非常有限,還沒有出現(xiàn)類似于cpu和ram這樣量大面廣的產(chǎn)品。隨著微機(jī)電系統(tǒng)的進(jìn)步，最后將有可能形成像微電子技術(shù)一樣有廣泛應(yīng)用前景的新產(chǎn)業(yè)，從而對(duì)人們的社會(huì)生產(chǎn)和生活方式產(chǎn)生重大影響。

當(dāng)前mems系統(tǒng)能否取得更更大突破，取決于兩方面的因素：第一是在微系統(tǒng)理論與基礎(chǔ)技術(shù)方面取得突破性進(jìn)展，使人們依靠掌握的理論和基礎(chǔ)技術(shù)可以高效地設(shè)計(jì)制造出所需的微系統(tǒng)；第二是找準(zhǔn)應(yīng)用突破口，揚(yáng)長(zhǎng)避短，以特別適合微系統(tǒng)應(yīng)用的重大領(lǐng)域?yàn)槟繕?biāo)進(jìn)行研究,取得突破，從而帶動(dòng)微系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。在mems發(fā)展中需要繼續(xù)解決的問(wèn)題主要有：mems建模與設(shè)計(jì)方法學(xué)研究；三維微結(jié)構(gòu)構(gòu)造原理、方法、仿真及制造；微小尺度力學(xué)和熱學(xué)研究；mems的表征與計(jì)量方法學(xué)；納結(jié)構(gòu)與集成技術(shù)等。

微電子與生物技術(shù)緊密結(jié)合誕生的以dna芯片等為代表的生物芯片將是21世紀(jì)微電子領(lǐng)域的另一個(gè)熱點(diǎn)和新的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)點(diǎn)。它是以生物科學(xué)為基礎(chǔ)，利用生物體、生物組織或細(xì)胞等的特點(diǎn)和功能，設(shè)計(jì)構(gòu)建具有預(yù)期性狀的新物種或新品系，并與工程技術(shù)相結(jié)合進(jìn)行加工生產(chǎn)，它是生命科學(xué)與技術(shù)科學(xué)相結(jié)合的產(chǎn)物。具有附加值高、資源占用少等一系列特點(diǎn)，正日益受到廣泛關(guān)注。目前最有代表性的生物芯片是dna芯片。

采用微電子加工技術(shù)，可以在指甲蓋大小的硅片上制作出包含有多達(dá)萬(wàn)種dna基因片段的芯片。利用這種芯片可以在極快的時(shí)間內(nèi)檢測(cè)或發(fā)現(xiàn)遺傳基因的變化等情況，這無(wú)疑對(duì)遺傳學(xué)研究、疾病診斷、疾病治療和預(yù)防、轉(zhuǎn)基因工程等具有極其重要的作用。

dna芯片的基本思想是通過(guò)生物反應(yīng)或施加電場(chǎng)等措施使一些特殊的物質(zhì)能夠反映出某種基因的特性從而起到檢測(cè)基因的目的。目前stanford和affymetrix公司的研究人員已經(jīng)利用微電子技術(shù)在硅片或玻璃片上制作出了dna芯片〖4〗。他們制作的dna芯片是通過(guò)在玻璃片上刻蝕出非常小的溝槽，然后在溝槽中覆蓋一層dna纖維。不同的dna纖維圖案分別表示不同的dna基因片段，該芯片共包括6000余種dna基因片段。dna（脫氧核糖核酸）是生物學(xué)中最重要的一種物質(zhì)，它包含有大量的生物遺傳信息，dna芯片的作用非常巨大，其應(yīng)用領(lǐng)域也非常廣泛：它不僅可以用于基因?qū)W研究、生物醫(yī)學(xué)等，而且隨著dna芯片的發(fā)展還將形成微電子生物信息系統(tǒng)，這樣該技術(shù)將廣泛應(yīng)用到農(nóng)業(yè)、工業(yè)、醫(yī)學(xué)和環(huán)境保護(hù)等人類生活的各個(gè)方面，那時(shí)，生物芯片有可能象今天的ic芯片一樣無(wú)處不在。

目前的生物芯片主要是指通過(guò)平面微細(xì)加工技術(shù)及超分子自組裝技術(shù)，在固體芯片表面構(gòu)建的微分析單元和系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)對(duì)化合物、蛋白質(zhì)、核酸、細(xì)胞以及其它生物組分的準(zhǔn)確、快速、大信息量的篩選或檢測(cè)。生物芯片的主要研究包括采用生物芯片的具體實(shí)現(xiàn)技術(shù)、基于生物芯片的生物信息學(xué)以及高密度生物芯片的設(shè)計(jì)、檢測(cè)方法學(xué)等等。

6 結(jié)　語(yǔ)

在微電子學(xué)發(fā)展歷程的前50年中，創(chuàng)新和基礎(chǔ)研究曾起到非常關(guān)鍵的決定性作用。而隨著器件特征尺寸的縮小、納米電子學(xué)的出現(xiàn)、新一代soc的發(fā)展、mems和dna芯片的崛起，又提出了一系列新的課題，客觀需求正在“召喚”創(chuàng)新成果的誕生。

回顧20世紀(jì)后50年，展望21世紀(jì)前50年，即百年的微電子科學(xué)技術(shù)發(fā)展歷程，使我們深切地感受到，世紀(jì)之交的微電子技術(shù)對(duì)我們既是一個(gè)重大的機(jī)遇，也是一個(gè)嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，如果我們能夠抓住這個(gè)機(jī)遇，立足創(chuàng)新，去勇敢地迎接這個(gè)挑戰(zhàn)，則有可能使我國(guó)微電子技術(shù)實(shí)現(xiàn)騰飛，在新一代微電子技術(shù)中擁有自己的知識(shí)產(chǎn)權(quán)，促進(jìn)我國(guó)微電子 產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，為迎接21世紀(jì)中葉將要到來(lái)的偉大的民族復(fù)興奠定技術(shù)基礎(chǔ)，以重鑄中華民族的輝煌！

參考文獻(xiàn)

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[4]nicholas wade where computers and biology meet:making a dna chip.new york times,april 8,1997

第8篇：集成電路設(shè)計(jì)論文范文

論文摘要：從數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)的性質(zhì)出發(fā)，結(jié)合目前迅速發(fā)展的芯片系統(tǒng)，比較、研究各種硬件描述語(yǔ)言；詳細(xì)闡述各種語(yǔ)言的發(fā)展歷史、體系結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)方法；探討未來(lái)硬件描述語(yǔ)言的發(fā)展趨勢(shì)，同時(shí)針對(duì)國(guó)內(nèi)EDA基礎(chǔ)薄弱的現(xiàn)狀，在硬件描述語(yǔ)言方面作了一些有益的思考。

現(xiàn)在，隨著系統(tǒng)級(jí)FPGA以及系統(tǒng)芯片的出現(xiàn)。軟硬件協(xié)調(diào)設(shè)計(jì)和系統(tǒng)設(shè)計(jì)變得越來(lái)越重要。傳統(tǒng)意義上的硬件設(shè)計(jì)越來(lái)越傾向于與系統(tǒng)設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)結(jié)合。硬件描述語(yǔ)言為適應(yīng)新的情況，迅速發(fā)展，出現(xiàn)了很多新的硬件描述語(yǔ)言，像Superlog、SystemC、cynlib c++等等。究交選擇哪種語(yǔ)言進(jìn)行設(shè)計(jì)，整個(gè)業(yè)界正在進(jìn)行激烈的討論。因此，完全有必要在這方面作一些比較研究，為EDA設(shè)計(jì)做一些有意義的工作，也為發(fā)展我們未來(lái)的芯片設(shè)計(jì)技術(shù)打好基礎(chǔ)。

1、目前HDL發(fā)展?fàn)顩r

目前，硬件描述語(yǔ)言可謂是百花齊放，有VHDL、Superlog、Verilog、SystemC、Cynlib C++、C Level等等。雖然各種語(yǔ)言各有所長(zhǎng)，但業(yè)界對(duì)到底使用哪一種語(yǔ)言進(jìn)行設(shè)計(jì)，卻莫衷一是，難有定論。

而比較一致的意見是，HDL和C/C++語(yǔ)言在設(shè)計(jì)流程中實(shí)現(xiàn)級(jí)和系統(tǒng)級(jí)都具有各自的用武之地。問(wèn)題出現(xiàn)在系統(tǒng)級(jí)和實(shí)現(xiàn)級(jí)相連接的地方：什么時(shí)候?qū)⑹褂弥械囊环N語(yǔ)言停下來(lái)，而開始使用另外一種語(yǔ)言?或者干脆就直接使用一種語(yǔ)言?現(xiàn)在看來(lái)得出結(jié)論仍為時(shí)過(guò)早。

在2001年舉行的國(guó)際HDL會(huì)議上，與會(huì)者就使用何種設(shè)計(jì)語(yǔ)言展開了生動(dòng)、激烈的辯論。各方人士各持己見：為Verilog辯護(hù)者認(rèn)為，開發(fā)一種新的設(shè)計(jì)語(yǔ)言是一種浪費(fèi)；為SystemC辯護(hù)者認(rèn)為，系統(tǒng)級(jí)芯片SoC快速增長(zhǎng)的復(fù)雜性需要新的設(shè)計(jì)方法；C語(yǔ)言的贊揚(yáng)者認(rèn)為，Verilog是硬件設(shè)計(jì)的匯編語(yǔ)言，而編程的標(biāo)準(zhǔn)很快就會(huì)是高級(jí)語(yǔ)言，Cynlib c++是最佳的選擇，它速度快、代碼精簡(jiǎn)；Supedog的捍衛(wèi)者認(rèn)為，Superlog是Verilog的擴(kuò)展，可以在整個(gè)設(shè)計(jì)流程中僅提供一種語(yǔ)言和一個(gè)仿真器，與現(xiàn)有的方法兼容，是一種進(jìn)化，而不是一場(chǎng)革命。

當(dāng)然，以上所有的討論都沒有提及模擬設(shè)計(jì)。如果想設(shè)計(jì)帶有模擬電路的芯片，硬件描述語(yǔ)言必須有模擬擴(kuò)展部分，像Verilog HDL－A，既要求能夠描述門級(jí)開關(guān)級(jí)，又要求具有描述物理特性的能力。

2、幾種代表性的HDL語(yǔ)言

2．1 VHDL

早在1980年，因?yàn)槊绹?guó)軍事工業(yè)需要描述電子系統(tǒng)的方法，美國(guó)國(guó)防部開始進(jìn)行VHDL的開發(fā)。1987年。由IEEE(In，stitute of Electrical and Electro－nics Engineers)將VHDL制定為標(biāo)準(zhǔn)。參考手冊(cè)為IEEE VHDL語(yǔ)言參考手冊(cè)標(biāo)準(zhǔn)草案1076/8版，于1987年批準(zhǔn)，稱為IEEE 1076－1987。應(yīng)當(dāng)注意，起初VHDL只是作為系統(tǒng)規(guī)范的一個(gè)標(biāo)滯，而不足為設(shè)計(jì)而制定的。第二個(gè)版本是在1993年制定的，稱為VHDL－93，增加了一些新的命令和屬性。

雖然有“VHDL是一個(gè)4億美元的錯(cuò)誤”這樣的說(shuō)法。但VHDL畢竟是1995年以前唯一制訂為標(biāo)準(zhǔn)的硬件描述語(yǔ)言，這是它不爭(zhēng)的事實(shí)和優(yōu)勢(shì)；但同時(shí)它確實(shí)比較麻煩，而且其綜合庫(kù)至今也沒有標(biāo)準(zhǔn)化，不具有晶體管開關(guān)級(jí)的描述能力和模擬設(shè)計(jì)的描述能力。目前的看法是，對(duì)于特大型的系統(tǒng)級(jí)數(shù)字電路設(shè)計(jì)，VHDL是較為合適的。

實(shí)質(zhì)上，在底層的VHDL設(shè)計(jì)環(huán)境是由Verilog HDL描述的器件庫(kù)支持的，因此，它們之間的互操作性十分重要。目前，Verilog和VDHL的兩個(gè)國(guó)際組織OVI、Ⅵ正在籌劃這一工作，準(zhǔn)備成立專門的工作組來(lái)協(xié)調(diào)VHDL和Verilog HDL語(yǔ)言的互操作性。OVI也支持不需要翻譯，由VHDL到Verilog的自由表達(dá)。

2．2 Verilog HDL

Venlog HDL是在1983年，由GDA(GateWay Design Au－tomation)公司的Phil Moorby首創(chuàng)的。Phil Moorby后來(lái)成為Verilog－XL的主要設(shè)計(jì)者和Cadence公司的第一合伙人。在1984“1985年，Phil Moorby設(shè)計(jì)出了第一個(gè)名為Venlog－XL的仿真器；1986年，他對(duì)Verilog HDL的發(fā)展義作出了另一個(gè)巨大的貢獻(xiàn)：提出了用于快速門級(jí)仿真的XL算法。

隨著Verilog－XL算法的成功，Verilog HDL語(yǔ)言得到迅速發(fā)展。1989年，Cadence公司收購(gòu)了GDA公司，Verilog HDL語(yǔ)言成為Cadence公司的私有財(cái)產(chǎn)。1990年，Cadence公司決定公開Verilog HDL語(yǔ)言，于是成立了OVI(Open Verilog InternaUonal)組織，負(fù)責(zé)促進(jìn)Verilog HDL語(yǔ)言的發(fā)展?；赩erilog HDL的優(yōu)越性，IEEE于1995年制定了Verilog HDL的IEEE標(biāo)準(zhǔn)，即Verilog HDL 1364－1995；2001年了Verilog HDL 1364－2001標(biāo)準(zhǔn)。在這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)中，加入了Verilog HDL－A標(biāo)準(zhǔn)，使Verilog有了模擬設(shè)計(jì)描述的能力。

2．3 Superlog

開發(fā)一種新的硬件設(shè)計(jì)語(yǔ)言，總是有些冒險(xiǎn)，而且未必能夠利用原來(lái)對(duì)硬件開發(fā)的經(jīng)驗(yàn)。能不能在原有硬件描述語(yǔ)言的基礎(chǔ)上，結(jié)合高級(jí)語(yǔ)言c、c++甚至Java等語(yǔ)言的特點(diǎn)，進(jìn)行擴(kuò)展，達(dá)到一種新的系統(tǒng)級(jí)設(shè)計(jì)語(yǔ)言標(biāo)準(zhǔn)呢?

Superlog就是在這樣的背景下研制開發(fā)的系統(tǒng)級(jí)硬件描述語(yǔ)言。Verilog語(yǔ)言的首創(chuàng)者Phil Moorby和Peter Flake等硬什描述語(yǔ)言專家，在一家叫Co－Design Automation的EDA公司進(jìn)行合作，開始對(duì)Verilog進(jìn)行擴(kuò)展研究。1999年，Co－Design公司了SUPERLOGTM系統(tǒng)設(shè)計(jì)語(yǔ)言，同時(shí)了兩個(gè)開發(fā)工具：SYSTEMSIMTM和SYSTEMEXTM。一個(gè)用于系統(tǒng)級(jí)開發(fā)，一個(gè)用于高級(jí)驗(yàn)證。2001年，Co－Design公司向電子產(chǎn)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化組織Accellera了SUPERLOG擴(kuò)展綜合子集ESS，這樣它就可以在今天Verilog語(yǔ)言的RTL級(jí)綜合子集的基礎(chǔ)上，提供更多級(jí)別的硬件綜合抽象級(jí)，為各種系統(tǒng)級(jí)的EDA軟件工具所利用，

至今為止。已超過(guò)15家芯片設(shè)計(jì)公司用Superlog來(lái)進(jìn)行芯片設(shè)計(jì)和硬件開發(fā)。Superlog是一種具有良好前景的系統(tǒng)級(jí)硬件描述語(yǔ)言。但是不久前，由于整個(gè)IT產(chǎn)業(yè)的滑坡，EDA公司進(jìn)行大的整合，Co－Design公司被Synopsys公司兼并，形勢(shì)又變得撲朔迷離。

2．4 SystemC

隨著半導(dǎo)體技術(shù)的迅猛發(fā)展，SoC已經(jīng)成為當(dāng)今集成電路設(shè)計(jì)的發(fā)展方向。在系統(tǒng)芯片的各個(gè)設(shè)計(jì)中，像系統(tǒng)定義、軟硬件劃分、設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)等，集成電路設(shè)計(jì)界一直在考慮如何滿足SoC的設(shè)計(jì)要求，一直在尋找一種能同時(shí)實(shí)現(xiàn)較高層次的軟件和硬件描述的系統(tǒng)級(jí)設(shè)計(jì)語(yǔ)言。

systemC正是在這種情況下，由Synopsys公司和CoWare公司積極響應(yīng)目前各方對(duì)系統(tǒng)級(jí)設(shè)計(jì)語(yǔ)言的需求而合作開發(fā)的。1999年9月27日，40多家世界著名的EDA公司、lP公司、半導(dǎo)體公司和嵌入式軟件公司宣布成立“開放式SystemC聯(lián)盟”。著名公司Cadence也于2001年加入了systemC聯(lián)盟。SystemC從1999年9月聯(lián)盟建立初期的0.9版本開始更新，從1.0版到1.1版，一直到2001年10月推出了最新的2，0版。

3、各種HDL語(yǔ)言的體系結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)方法

3．1 SystemC

實(shí)際使用中，systemc由一組描述類庫(kù)和一個(gè)包含仿真核的庫(kù)組成。在用戶的描述程序中，必須包括相應(yīng)的類庫(kù)，可以通過(guò)通常的ANSI c++編譯器編譯該程序。SystemC提供了軟件、硬件和系統(tǒng)模塊。用戶可以在不同的層次上自由選擇。建立自己的系統(tǒng)模型，進(jìn)行仿真、優(yōu)化、驗(yàn)證、綜合等等。

3．2 Supeflog

Superlog集合了Verilog的簡(jiǎn)潔、c語(yǔ)言的強(qiáng)大、功能驗(yàn)證和系統(tǒng)級(jí)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等特征，是一種高速的硬件描述語(yǔ)言。

①Verilog 95和Verilog 2K。Superlog是Verilog HDL的超集，支持最新的Verilog 2K的硬件模型。

②c和c++語(yǔ)言。Superlog提供c語(yǔ)言的結(jié)構(gòu)、類型、指針，同時(shí)具有C++面對(duì)對(duì)象的特性。

③Superlog擴(kuò)展綜合子集ESS。ESS提供一種新的硬件描述的綜合抽象級(jí)。

④強(qiáng)大的驗(yàn)證功能。自動(dòng)測(cè)試基準(zhǔn)，如隨機(jī)數(shù)據(jù)產(chǎn)生、功能覆蓋、各種專有檢查等。

Superlog的系統(tǒng)級(jí)硬件開發(fā)工具主要有Co－Design Au－mmation公司的SYSTEMSIMTM和SYSTEMEXTM，同時(shí)可以結(jié)合具它的EDA工具進(jìn)行開發(fā)。

3．3 Verilog和VHDL

這兩種語(yǔ)言是傳統(tǒng)硬件描述語(yǔ)言，有很多的書籍和資料叫以查閱參考，這里不多介紹。

4、目前可取可行的策略和方式

按傳統(tǒng)方法，我們將硬件抽象級(jí)的模型類型分為以下五種：

(1)系統(tǒng)級(jí)(system)－用語(yǔ)言提供的高級(jí)結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)算法運(yùn)行的模型：

(2)算法級(jí)(aIgorithm)－用語(yǔ)言提供的高級(jí)結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)算法運(yùn)行的模型：

(3)RTL級(jí)(Register Transfer Level)－描述數(shù)據(jù)在寄存器之間流動(dòng)和如何處理、控制這些數(shù)據(jù)流動(dòng)的模型。

(4)門級(jí)(gate－level)－描述邏輯門以及邏輯門之間的連接模型。

(5)開關(guān)級(jí)(swish－level)－描述器件中三極管和存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)以及它們之間連接的模型。

根據(jù)目前芯片設(shè)計(jì)的發(fā)展趨勢(shì)。驗(yàn)證級(jí)和綜合抽象級(jí)也有可能成為一種標(biāo)準(zhǔn)級(jí)別。因?yàn)樗鼈冞m合于IP核復(fù)用和系統(tǒng)級(jí)仿真綜合優(yōu)化的需要，而軟件(嵌入式、固件式)也越來(lái)越成為一個(gè)和系統(tǒng)密切相關(guān)的抽象級(jí)別。

目前，對(duì)于一個(gè)系統(tǒng)芯片設(shè)計(jì)項(xiàng)目，可以采用的方案包括以下幾種：

①最傳統(tǒng)的辦法是，在系統(tǒng)級(jí)采用VHDL，在軟件級(jí)采用c語(yǔ)言，在實(shí)現(xiàn)級(jí)采用Verilog。目前，VHDL與Verilog的互操作性已經(jīng)逐步走向標(biāo)準(zhǔn)化，但軟件與硬件的協(xié)凋設(shè)計(jì)還是一個(gè)很具挑戰(zhàn)性的工作。因?yàn)檐浖絹?lái)越成為SOC設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。該力案的特點(diǎn)是：風(fēng)險(xiǎn)小，集成難度大，與原有方法完全兼容，有現(xiàn)成的開發(fā)工具：但工具集成由開發(fā)者自行負(fù)責(zé)完成。

②系統(tǒng)級(jí)及軟件級(jí)采用Superlog，硬件級(jí)和實(shí)現(xiàn)級(jí)均采用Verilog HDL描述，這樣和原有的硬件設(shè)計(jì)可以兼容。只要重新采購(gòu)兩個(gè)Superlog開發(fā)工具SYSTEMSIMTM和SYSTEMEXTM即可。該方案特點(diǎn)是風(fēng)險(xiǎn)較小，易于集成，與原硬件設(shè)計(jì)兼容性好。有集成開發(fā)環(huán)境。

③系統(tǒng)級(jí)和軟件級(jí)采用SystemC，硬件級(jí)采用SystemC與常規(guī)的Verilog HDL互相轉(zhuǎn)換，與原來(lái)的軟件編譯環(huán)境完全兼容。開發(fā)者只需要一組描述類庫(kù)和一個(gè)包含仿真核的庫(kù)，就可以在通常的ANSI c++編譯器環(huán)境下開發(fā)；但硬件描述與原有方法完全不兼容。該方案特點(diǎn)是風(fēng)險(xiǎn)較大，與原軟件開發(fā)兼容性好，硬件開發(fā)有風(fēng)險(xiǎn)。

5、未來(lái)發(fā)展和技術(shù)方向

微電子設(shè)計(jì)工業(yè)的設(shè)計(jì)線寬已經(jīng)從0.251um向0.18um變遷，而且正在向0.13um和90nm的目標(biāo)努力邁進(jìn)。到0.13um這個(gè)目標(biāo)后，90％的信號(hào)延遲將由線路互連所產(chǎn)生：為了設(shè)計(jì)工作頻率近2GHz的高性能電路，就必須解決感應(yīng)、電遷移和襯底噪聲問(wèn)題(同時(shí)還有設(shè)計(jì)復(fù)雜度問(wèn)題)。

未來(lái)幾年的設(shè)計(jì)中所面臨的挑戰(zhàn)有哪些?標(biāo)準(zhǔn)組織怎樣去面對(duì)?當(dāng)設(shè)計(jì)線寬降到0.13um，甚至更小尉，將會(huì)出現(xiàn)四個(gè)主要的趨勢(shì)：設(shè)計(jì)再利用；設(shè)計(jì)驗(yàn)證(包括硬件和軟什)；互連問(wèn)題將決定剝時(shí)間、電源及噪聲要求；系統(tǒng)級(jí)芯片設(shè)計(jì)要求。

滿足來(lái)來(lái)設(shè)計(jì)者需要的設(shè)計(jì)環(huán)境將是多家供應(yīng)商提供解決方案的模式，因?yàn)樯婕暗膯?wèn)題面太廣且太復(fù)雜，沒有哪個(gè)公司或?qū)嶓w可以獨(dú)立解決。實(shí)際上，人們完全有理由認(rèn)為，對(duì)下一代設(shè)計(jì)問(wèn)題解決方案的貢獻(xiàn)，基礎(chǔ)研究活動(dòng)與獨(dú)立產(chǎn)業(yè)的作用將同等重要。

以后EDA界將在以下三個(gè)方面開展工作。

①互用性標(biāo)準(zhǔn)。所有解決方案的基礎(chǔ)，是設(shè)計(jì)工具開發(fā)過(guò)程的組件一互用性標(biāo)準(zhǔn)。我們知道。EDA工業(yè)采用的是工業(yè)上所需要的標(biāo)準(zhǔn)。而不管標(biāo)準(zhǔn)是誰(shuí)制定的。但是，當(dāng)今市場(chǎng)的迅速發(fā)展正在將優(yōu)勢(shì)轉(zhuǎn)向那些提供標(biāo)準(zhǔn)時(shí)能做到快速適應(yīng)和技術(shù)領(lǐng)先的組織。處于領(lǐng)先的公司正在有目的地向這方面投資，那些沒有參加開發(fā)這些標(biāo)準(zhǔn)的公司則必須獨(dú)自承擔(dān)風(fēng)險(xiǎn)。

第9篇：集成電路設(shè)計(jì)論文范文

關(guān)鍵詞: RSA;模乘運(yùn)算;模冪運(yùn)算;可重構(gòu)設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào):TP339 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A

Reconfigurable Design and Implementation of RSA Algorithm

WU Bin-shan,WANG Yun-feng,LIU Zhi-chao,LIU Tian-xiang

(Department of Electronic Engineering,Xiamen University,Xiamen 361005,China)

Abstract: In this paper, the implementation and reconfigurable feature of RSA cryptographic algorithm are analyzed. On the basis of the Reconfigurable design of the Modular Multiplication and Modular Exponentiation, we propose the reconfigurable RSA hardware architecture, which is able to fit 256bit, 512bit, 1024bit, 2048bit four applications of different key length. The RSA reconfigurable design and testing were carried out to achieve results, which show that in the worst case, 2048bit RSA get the data throughput achieved 46 kb/s when work in the 200MHz clock. It is able to meet the high-performance information security systems RSA encryption algorithm on the speed requirement.

Keywords: RSA; Modular Multiplication; Modular Exponentiation; Reconfigurable Design

1引言

隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的普及與發(fā)展,信息安全問(wèn)題顯得格外重要。以RSA密碼算法[1]為代表的公鑰密碼體制[2]在保證數(shù)據(jù)的機(jī)密性、完整性以及簽名和認(rèn)可等方面的突出優(yōu)點(diǎn)己經(jīng)使其成為當(dāng)今網(wǎng)絡(luò)安全中最重要的解決方法,相應(yīng)的密碼芯片在網(wǎng)絡(luò)中得到了廣泛的應(yīng)用。

目前,大多數(shù)密碼芯片是實(shí)現(xiàn)一種固定密碼算法的專用芯片,不能滿足用戶們的不同層次的安全性能和預(yù)留密碼算法升級(jí)空間的要求。因此,近年來(lái)國(guó)內(nèi)外許多機(jī)構(gòu)和個(gè)人都致力于可重構(gòu)密碼芯片設(shè)計(jì)的研究[3~6]?？芍貥?gòu)密碼芯片是采用可重構(gòu)體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)而成的用于對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行加/解密處理的集成電路芯片。其內(nèi)部邏輯電路可以根據(jù)不同密碼算法的需求重新組織,構(gòu)成不同的電路結(jié)構(gòu),實(shí)現(xiàn)不同的功能,從而能夠靈活、快速地實(shí)現(xiàn)多種不同密碼算法[3]。

本文在設(shè)計(jì)RSA算法實(shí)現(xiàn)時(shí),綜合考慮密鑰長(zhǎng)度、安全性、性能、面積等因素,在對(duì)模冪和模乘運(yùn)算模塊進(jìn)行了可重構(gòu)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上,提出了一種可重構(gòu)RSA算法結(jié)構(gòu),在增加很少邏輯單元的情況下,使其能夠適配256bit,512bit,1024bit和2048bit四種密鑰長(zhǎng)度的RSA算法應(yīng)用,滿足不同層次安全性的信息系統(tǒng)的需要。FPGA的原型實(shí)現(xiàn)和驗(yàn)證結(jié)果表明,該設(shè)計(jì)能夠滿足高性能信息安全系統(tǒng)對(duì)于公鑰密碼加密速度的要求,可以作為可重用IP,用于信息安全SoC設(shè)計(jì)。

2RSA算法

RSA密碼算法的明文空間M與密文空間C相等,為Zn(表示mod n所組成的整數(shù)空間,取值范圍為0~n-1)。

RSA算法描述如下[1]:

(1)選擇兩個(gè)互異的大素?cái)?shù)p和q(保密),計(jì)算n=p?q(公開),φ(n)=(p-1)?(q-1)(保密),選擇一個(gè)隨機(jī)數(shù)e(0

(2)已知:明文M

計(jì)算密文:C=Me mod n

(3)已知:密文C和私鑰KR={d,n}。

計(jì)算明文:M=Cd mod n

3RSA算法實(shí)現(xiàn)與可重構(gòu)分析

大數(shù)模冪運(yùn)算是RSA公鑰密碼算法的核心運(yùn)算,實(shí)現(xiàn)時(shí)可以利用模運(yùn)算的基本性質(zhì):[(a mod N)×(b mod N)mod N]=(a×b)mod N, 把模冪運(yùn)算的中間結(jié)果對(duì)n取模,從而限制了中間結(jié)果的大小,實(shí)現(xiàn)更加容易。

3.1 模冪運(yùn)算算法

本文模冪采用是左到右二進(jìn)制位掃描算法。首先應(yīng)該把指數(shù)e或者d表示成如下二進(jìn)制形式:

e=[e■,e■,...e■]■=■e■2■=e■+e■2+...+e■2■

然后從e或者d的最高位掃描到最低位。

輸入:m,e,N

輸出:c =me mod N

{ c =1;

for i =n-1 to 0 do

{ c =(c?c)mod N;

If (ei =1)c =(m?c)mod N ;

}

return C;

}

由于算法同一次循環(huán)運(yùn)算中的兩次模乘運(yùn)算數(shù)據(jù)相關(guān),所以必須順序處理,不能并行運(yùn)算;但硬件實(shí)現(xiàn)時(shí)只需一個(gè)模乘運(yùn)算單元,實(shí)現(xiàn)面積小。

3.2模乘運(yùn)算算法

模乘模塊是左到右二進(jìn)制位掃描模冪算法的主要運(yùn)算單元,本文選擇基于2的Montgomery算法[7-8]實(shí)現(xiàn)模乘運(yùn)算。

基于2的Montgomery算法如下:

記S=Monprod(A,B,N)。其中:A=Σ■■ A■?2i,B=Σ■■ B■?2i,N=Σ■■ N■?2i,Ai ,Bi ,Ni∈{1,0},AK+1,AK+2=0

輸入:A,B,N

輸出:S=Monprod(A,B,N)=(A?B?2-(K+2))mod N

{S =0 ;

for j =0 to K+2 do

{ if (S0=1) then S =S +N;

S =(S /2)+Aj ?B;

}

return S;

}

該算法主要由2個(gè)大數(shù)的加法組成。為了保證計(jì)算結(jié)果S小于N,該算法的循環(huán)要執(zhí)行K+3次[9],因此輸出的結(jié)果是(A?B?2-(K+2))mod N。

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3.3 由Montgomery算法構(gòu)造的從左到右二進(jìn)制掃描位掃描法

由于Montgomery算法的結(jié)果并不是(A×B)modN,而是(A?B?2-(K+3))mod N。所以必須對(duì)從左到右二進(jìn)制位掃描法進(jìn)行修改,首先,必須先進(jìn)行一次預(yù)處理步驟,分別計(jì)算C =Monprod(1,R,N)和M2=Monprod(M,R,N),其中R為與N相關(guān)的常數(shù),R =22(n +3)mod N。其次,算法結(jié)束后再進(jìn)行一次后處理步驟,計(jì)算C =Monprod(1,C,N),這樣就可以消除模乘運(yùn)算結(jié)果中多余的參數(shù)。具體算法如下:

輸入:M,e,N,R

輸出:C =Me mod N

{

M 2=Monprod(M,R,N)

C =Monprod(1,R,N)

for i=n-1to 0 do

{

C =Monprod(C,C,N);

If (ei=1) C =Monprod(C,M 2,N) ;

}

C =Monprod(1,C,N)

return C;

}

3.4 可重構(gòu)性分析

可重構(gòu)設(shè)計(jì)以軟件編程的方式快速靈活的實(shí)現(xiàn)不同硬件電路,克服了軟件和硬件實(shí)現(xiàn)各自的不足,可以比軟件實(shí)現(xiàn)有著更好的性能,同時(shí)比硬件實(shí)現(xiàn)更具有靈活性。可重構(gòu)模塊包含許多可由外部編程控制的計(jì)算單元,這些單元由一些可配置連線資源連接著,可以通過(guò)對(duì)連線資源的改變來(lái)形成需要的不同電路。

通過(guò)對(duì)模冪和模乘運(yùn)算算法分析可知,不同密鑰長(zhǎng)度的RSA算法的主要部件大數(shù)加法運(yùn)算模塊是可重用部件,而差別主要是在模冪運(yùn)算的循環(huán)次數(shù)n、ei的起始位ex和模乘算法的循環(huán)次數(shù)(K+3)。因此可以以大數(shù)加法運(yùn)算模塊為重構(gòu)元素進(jìn)行可重構(gòu)設(shè)計(jì),設(shè)置n、K+3和ex為可控節(jié)點(diǎn),通過(guò)輸入信號(hào)對(duì)可控節(jié)點(diǎn)進(jìn)行可編程控制。例如:當(dāng)密鑰長(zhǎng)度為1024的時(shí)候,選擇n為1024、 ex為e[1023]、K+3為1027; 而當(dāng)密鑰長(zhǎng)度為2048的時(shí)候,選擇n為2048、ex為e[2047]、K+3為2051。

4RSA算法可重構(gòu)設(shè)計(jì)

基于模冪、模乘模塊的可重構(gòu)性,本文提出了一種可以根據(jù)密鑰長(zhǎng)度的不同進(jìn)行可重構(gòu)的RSA算法實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu),結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示,分為模乘模塊(包括模乘控制器和模乘運(yùn)算單元)、模冪模塊、存儲(chǔ)模塊三個(gè)部分。

圖1中各個(gè)信號(hào)的定義如表1所示。

4.1 模乘模塊

模乘模塊包括模乘運(yùn)算單元和模乘控制單元。實(shí)現(xiàn)模乘的主要運(yùn)算是大數(shù)的加法。可重構(gòu)RSA算法的最長(zhǎng)密鑰長(zhǎng)度是2048bit,所以模乘運(yùn)算模塊為2048位。由于2048位的加法是循環(huán)進(jìn)行的,使用進(jìn)位保留加法器CSA(carry saved adder)是很好的解決方案[10]。CSA將加法結(jié)果的和數(shù)和進(jìn)位分別用S和C表示,即進(jìn)位用C保留下來(lái),作為下一次加法的進(jìn)位輸入。一個(gè)一位全加器中,輸入 A、B是被加數(shù),輸入C是上次加法保留的進(jìn)位。一個(gè)k位的CSA是由k個(gè)1位全加器并行組成的,如圖2所示。

第i位的結(jié)果Si和Ci +1同輸入之間的關(guān)系為:

Si =Ai ?茌Bi ?茌Ci ;

Ci+1=Ai Bi +Ai Ci +Bi Ci 。

CSA加法器的特點(diǎn)是不會(huì)隨著位數(shù)的增加而產(chǎn)生冗長(zhǎng)的進(jìn)位鏈,這樣既能提高速度,又簡(jiǎn)化了硬件結(jié)構(gòu)。

由CSA構(gòu)造的模乘運(yùn)算單元如圖3所示。用兩個(gè)CSA加法器來(lái)實(shí)現(xiàn)模乘運(yùn)算中的兩次加法。

在模乘算法循環(huán)結(jié)束后需要將兩個(gè)2048bit的數(shù)相加得到結(jié)果。使用一個(gè)32位的CPA(carry propagation adder)將2048bit位的加法分成64個(gè)時(shí)鐘周期完成,CPA的運(yùn)算結(jié)果就是模乘運(yùn)算的最終結(jié)果。CPA加法器的結(jié)構(gòu)如圖4所示。

模乘控制單元主要由計(jì)數(shù)器來(lái)實(shí)現(xiàn),不同密鑰長(zhǎng)度的RSA算法的模乘循環(huán)次數(shù)不一樣,完成一次循環(huán)需要一個(gè)運(yùn)算周期,所以計(jì)數(shù)器的初始載入值也不一樣?？芍貥?gòu)RSA算法實(shí)現(xiàn)由外部輸入信號(hào)keysize對(duì)初始載入值的選擇進(jìn)行控制。初始載入值為密鑰長(zhǎng)度加上67(3次增加的循環(huán)次數(shù)和64個(gè)CPA加法周期)。例如,當(dāng)keysize為“00”時(shí),初始載入值為323;當(dāng)keysize為“01”時(shí),初始載入值為579。每完成一次循環(huán),計(jì)數(shù)器減一。當(dāng)計(jì)數(shù)器為零的時(shí)候,表示模乘運(yùn)算完成。

4.2 模冪模塊

模冪模塊主要功能是控制模乘模塊的循環(huán)運(yùn)算。對(duì)模冪模塊的可重構(gòu)設(shè)計(jì)主要包括對(duì)模乘運(yùn)算循環(huán)次數(shù)和密鑰的控制。由Montgomery構(gòu)造的從左到右二進(jìn)制掃描位掃描法硬件結(jié)構(gòu)圖如圖5所示。

每個(gè)輸入都有經(jīng)過(guò)相應(yīng)位數(shù)的寄存器。第一次模乘運(yùn)算(預(yù)運(yùn)算M 2=Monprod(M ,R ,N))結(jié)束后,結(jié)果存在M-reg中,以備下次使用。第二次模乘運(yùn)算(預(yù)運(yùn)算 C =Monprod(1 ,R ,N)))結(jié)束后,結(jié)果存在rrmodn-reg中。接下來(lái)每次循環(huán)模乘運(yùn)算的結(jié)果都存入rrmodn-reg中。后處理結(jié)束后,rrmodn-reg中就是模冪運(yùn)算的結(jié)果。

e_reg用來(lái)存儲(chǔ)密鑰。當(dāng)load有效時(shí),將外部密鑰載入e_reg中。當(dāng)shift_en有效時(shí),e_reg開始由低位向高位進(jìn)行位移。具體結(jié)構(gòu)圖如圖6所示。

e_reg的輸出有4位,分別為e_reg的第256、512、1024、2048位,這四位輸入一個(gè)四選一選擇器,由key_seze來(lái)選擇哪位做為輸出。

模冪運(yùn)算控制模塊主要是由計(jì)數(shù)器來(lái)實(shí)現(xiàn)。不同密鑰長(zhǎng)度的RSA算法的模冪循環(huán)次數(shù)不一樣,所以計(jì)數(shù)器的初始載入值也不一樣。初始值為密鑰長(zhǎng)度加上3(2次預(yù)處理和1次后處理模乘運(yùn)算)。每執(zhí)行完一次模乘運(yùn)算,計(jì)數(shù)器就減一,e_reg也進(jìn)行一次移位,當(dāng)計(jì)數(shù)器的值為零時(shí),就表示所有模乘運(yùn)算都完成,rrmodn-reg中就是模冪運(yùn)算的結(jié)果了。

對(duì)于n位的輸入,這種設(shè)計(jì)要對(duì)輸入密鑰進(jìn)行n次掃描,每次掃描需要做一次或者兩次模乘,同時(shí),在掃描之前要進(jìn)行預(yù)處理,需要做兩次模乘,掃描之后要進(jìn)行后處理,需要做一次模乘,每做一次模乘需要n+3+64個(gè)時(shí)鐘周期。所以,在最壞情況下,加密需要(2n+3)*(n+3+64)個(gè)時(shí)鐘周期,當(dāng)n為2048時(shí),需要8.67M個(gè)時(shí)鐘周期。

5性能分析

兩種設(shè)計(jì)方法可以實(shí)現(xiàn)采用固定密鑰長(zhǎng)度的RSA算法結(jié)構(gòu)所設(shè)計(jì)的電路同時(shí)適配256bit、512bit、1024bit、2048bit四種不同密鑰長(zhǎng)度的應(yīng)用。第一種方法是電路包含256bit、512bit、1024bit、2048bit四種不同密鑰長(zhǎng)度的固定密鑰長(zhǎng)度RSA密碼算法結(jié)構(gòu);第二種方法是采用2048bit的固定密鑰長(zhǎng)度RSA算法結(jié)構(gòu)。前一種方法浪費(fèi)資源,后一種方法處理數(shù)據(jù)速度慢。

論文采用FPGA對(duì)可重構(gòu)RSA算法結(jié)構(gòu)進(jìn)行了原型實(shí)現(xiàn)與驗(yàn)證,與采用類似結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)的固定密鑰RSA算法所占資源、最高時(shí)鐘頻率如表2所示。

采用第一種設(shè)計(jì)方法所占資源為四種固定密鑰長(zhǎng)度RSA結(jié)構(gòu)之和,即邏輯單元為43308,存儲(chǔ)單元為48348;而可重構(gòu)RSA使用了22897個(gè)邏輯單元和24807比特存儲(chǔ)單元,節(jié)約了47%的邏輯單元和48%的存儲(chǔ)單元。

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采用可重構(gòu)RSA與采用第二種設(shè)計(jì)方法(即使用2048bit固定密鑰長(zhǎng)度)分別應(yīng)用于256bit、512bit、1024bit、2048bit密鑰長(zhǎng)度系統(tǒng)時(shí)的數(shù)據(jù)吞吐量如表3所示,當(dāng)應(yīng)用于256bit、512bit、1024bit密鑰長(zhǎng)度應(yīng)用時(shí),采用可重構(gòu)RSA結(jié)構(gòu)性能更優(yōu)。

6小結(jié)

本文提出并實(shí)現(xiàn)了一種使用較少硬件資源的能夠適配256bit,512bit,1024bit和2048bit四種密鑰長(zhǎng)度的可重構(gòu)RSA算法結(jié)構(gòu),適配不同密鑰長(zhǎng)度RSA算法應(yīng)用,能夠更好的滿足不同層次安全性的信息系統(tǒng)的需要。

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作者簡(jiǎn)介

伍彬山,廈門大學(xué)電子工程系在讀碩士研究生,研究方向:集成電路設(shè)計(jì)與應(yīng)用;

王云峰,講師,廈門大學(xué)電子工程系碩士研究生導(dǎo)師;

劉智超,廈門大學(xué)電子工程系在讀碩士研究生,研究方向:集成電路設(shè)計(jì)與應(yīng)用;