集成電路(integrated circuit，港臺(tái)稱(chēng)之為積體電路)是一種微型電子器件或部件。采用一定的工藝，把一個(gè)電路中所需的晶體管、二極管、電阻、電容和電感等元件及布線(xiàn)互連一起，制作在一小塊或幾小塊半導(dǎo)體晶片或介質(zhì)基片上，然后封裝在一個(gè)管殼內(nèi)，成為具有所需電路功能的微型結(jié)構(gòu);其中所有元件在結(jié)構(gòu)上已組成一個(gè)整體，從而使電子元件向著微小型化、低功耗和高可靠性方面邁進(jìn)了一大步。 它在電路中用字母“ic”(也有用文字符號(hào)“n”等)表示。

集成電路具有體積小，重量輕，引出線(xiàn)和焊接點(diǎn)少，壽命長(zhǎng)，可靠性高，性能好等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)成本低，便于大規(guī)模生產(chǎn)。用集成電路來(lái)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(shí)間也可大大提高。

一、集成電路按其功能、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(lèi)。

模擬集成電路又稱(chēng)線(xiàn)性電路,用來(lái)產(chǎn)生、放大和處理各種模擬信號(hào)(指幅度隨時(shí)間邊疆變化的信號(hào)。例如半導(dǎo)體收音機(jī)的音頻信號(hào)、錄放機(jī)的磁帶信號(hào)等)，其輸入信號(hào)和輸出信號(hào)成比例關(guān)系。

數(shù)字集成電路用來(lái)產(chǎn)生、放大和處理各種數(shù)字信號(hào)(指在時(shí)間上和幅度上離散取值的信號(hào)。例如vcd、dvd重放的音頻信號(hào)和視頻信號(hào))。

二、按集成度高低不同，可分為小規(guī)模、中規(guī)模、大規(guī)模及超大規(guī)模集成電路四類(lèi)。

對(duì)模擬集成電路，由于工藝要求較高、電路又較復(fù)雜，所以一般認(rèn)為集成50個(gè)以下元器件為小規(guī)模集成電路，集成50-100個(gè)元器件為中規(guī)模集成電路，集成100個(gè)以上的元器件為大規(guī)模集成電路。

對(duì)數(shù)字集成電路，一般認(rèn)為集成1～10等效門(mén)/片或10～100個(gè)元件/片為小規(guī)模集成電路，集成10～100個(gè)等效門(mén)/片或100～1000元件/片為中規(guī)模集成電路，集成100～10,000個(gè)等效門(mén)/片或1000～100,000個(gè)元件/片為大規(guī)模集成電路，集成10,000以上個(gè)等效門(mén)/片或100,000以上個(gè)元件/片為超大規(guī)模集成電路。

2022年中國(guó)集成電路進(jìn)口量近二十年來(lái)首次下降。中國(guó)海關(guān)總署周五公布的數(shù)據(jù)顯示，2022年集成電路進(jìn)口量從2021年的6356億個(gè)下降15%至5384億個(gè)，這是至少自2004年彭博社開(kāi)始跟蹤數(shù)據(jù)以來(lái)的首次年度下降。2021年集成電路進(jìn)口增長(zhǎng)17%，2020年增長(zhǎng)22%，2019 年增長(zhǎng)6.6%。

該報(bào)道指出，這一下降發(fā)生在美國(guó)加強(qiáng)對(duì)中國(guó)先進(jìn)芯片銷(xiāo)售的控制之際。美國(guó)去年對(duì)用于人工智能和超級(jí)計(jì)算的某些類(lèi)型半導(dǎo)體的出口施加限制，試圖阻止中國(guó)發(fā)展自己的芯片產(chǎn)業(yè)。

距離美國(guó)對(duì)中國(guó)祭出新芯片出口管制措施已過(guò)去三月有余，在這期間，美國(guó)一直向荷蘭、日本施壓，試圖說(shuō)服對(duì)方加入其“陣營(yíng)”，對(duì)中國(guó)采取嚴(yán)格的芯片管制措施。近日又傳出美國(guó)欲拉韓國(guó)“入伙”的消息。外媒報(bào)道稱(chēng)，美國(guó)駐日本大使Rahm Emanuel在接受采訪(fǎng)時(shí)表示，美國(guó)正在與日本、荷蘭和韓國(guó)討論限制對(duì)中國(guó)的半導(dǎo)體出口，并且需要各方達(dá)成協(xié)議。1月15日，清華大學(xué)集成電路學(xué)院集成電路高精尖創(chuàng)新中心主辦的第七屆未來(lái)芯片論壇上，中國(guó)工程院院士、浙江大學(xué)微納電子學(xué)院院長(zhǎng)吳漢明教授指出，集成電路產(chǎn)業(yè)以工科為主，由科學(xué)催生工程文化發(fā)展，現(xiàn)階段國(guó)內(nèi)亟待加強(qiáng)工程文化的建設(shè)，后摩爾時(shí)代為卓越工程師成長(zhǎng)提供了絕好機(jī)遇。

吳漢明表示，隨著工藝進(jìn)步越來(lái)越無(wú)法支撐算力增長(zhǎng)的需求，后摩爾時(shí)代半導(dǎo)體技術(shù)演進(jìn)朝著四個(gè)方向發(fā)展，主流技術(shù)挑戰(zhàn)均面臨著更高的晶體管密度及更多架構(gòu)、更多的存儲(chǔ)類(lèi)型、更緊密的系統(tǒng)集成(Chiplet微納尺度集成封裝)、先進(jìn)的EDA工具(提供點(diǎn)到點(diǎn)的優(yōu)化)等。

事實(shí)上，當(dāng)前國(guó)內(nèi)高校有很多半導(dǎo)體前沿領(lǐng)域的研究成果，但是真正實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化的非常少。吳漢明認(rèn)為芯片制造技術(shù)成果轉(zhuǎn)化的特點(diǎn)主要有兩個(gè)，一是轉(zhuǎn)讓?zhuān)菍⒓夹g(shù)成熟、可以在生產(chǎn)上直接應(yīng)用的成果，在其使用范圍內(nèi)加以應(yīng)用和推廣，擴(kuò)大生產(chǎn)規(guī)模;二是轉(zhuǎn)化，將實(shí)驗(yàn)室去的的初試成果進(jìn)行研究開(kāi)發(fā)和中間試驗(yàn)，使之成為生產(chǎn)上可以直接采用的成熟技術(shù)，實(shí)現(xiàn)大生產(chǎn)。“在后摩爾時(shí)代碎片化的市場(chǎng)下，芯片制造成果轉(zhuǎn)化的核心是演示生產(chǎn)可行性，也就是中試環(huán)節(jié)驗(yàn)證。可以說(shuō)，缺少中試的技術(shù)轉(zhuǎn)化難以生產(chǎn)化。”他強(qiáng)調(diào)。

為此，浙江大學(xué)在2021年7月建成了一條55納米中試平臺(tái)，并已實(shí)現(xiàn)了55納米SRAM的AA、Poly/CT、銅互連多項(xiàng)技術(shù)以及器件性能對(duì)標(biāo)國(guó)內(nèi)先進(jìn)工藝水平，在晶圓級(jí)Chiplet方面也可以提供成套工藝技術(shù)支持。

隨著Chiplet成為大勢(shì)所趨，吳漢明指出在該領(lǐng)域面臨諸多技術(shù)挑戰(zhàn)，包括基于55納米的嵌入式硅橋(EMIB)設(shè)計(jì)、制造與芯粒組裝;基于55納米的有源硅轉(zhuǎn)接板的設(shè)計(jì)、制造與芯片組裝;面向Chiplet、大芯片設(shè)計(jì)的EDA點(diǎn)工具;晶圓級(jí)芯粒系統(tǒng)(大芯片設(shè)計(jì))：類(lèi)腦芯片、存算一體芯片、依辛計(jì)算芯片、DPU芯片等等。在上述方面浙江大學(xué)團(tuán)隊(duì)計(jì)劃與封裝企業(yè)、清華大學(xué)等展開(kāi)合作。

集成電路相關(guān)專(zhuān)業(yè)目前大有追上計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)成為一個(gè)新的熱門(mén)，彬哥之前的文章講了微電子科學(xué)與工程這個(gè)與集成電路以及芯片有關(guān)的專(zhuān)業(yè)。今天再介紹另一個(gè)與芯片方面有關(guān)的專(zhuān)業(yè)，集成電路設(shè)計(jì)與集成系統(tǒng)專(zhuān)業(yè)，重點(diǎn)說(shuō)說(shuō)它的學(xué)習(xí)方面以及考研、就業(yè)等內(nèi)容。

集成電路的英文縮寫(xiě)就是咱們經(jīng)常提到的IC，它是微電子技術(shù)的核心，是整個(gè)信息產(chǎn)業(yè)和信息社會(huì)的根本基礎(chǔ)。隨著進(jìn)入電子信息社會(huì)，可以說(shuō)集成電器與我們的生活息息相關(guān)。最簡(jiǎn)單的例子就是大家基本人手一部的手機(jī)，它所用的芯片就是集成電路的結(jié)晶。由于美國(guó)在芯片上對(duì)咱們實(shí)施商業(yè)制裁，咱們國(guó)家在集成電路方面加大人才的培育，今天要講的集成電路設(shè)計(jì)與集成系統(tǒng)專(zhuān)業(yè)，就是教育部針對(duì)國(guó)內(nèi)對(duì)該專(zhuān)業(yè)人才迫切需求的現(xiàn)狀而設(shè)立的國(guó)家特色專(zhuān)業(yè)之一。

集成電路設(shè)計(jì)與集成系統(tǒng)屬于電子信息類(lèi)專(zhuān)業(yè)，本科年限為四年授予工學(xué)學(xué)士學(xué)位。它是學(xué)習(xí)集成電路的設(shè)計(jì)、封裝、以及系統(tǒng)和應(yīng)用的學(xué)科，主要是培養(yǎng)具有豐富的集成電路開(kāi)發(fā)、電子系統(tǒng)集成和工程管理能力，以及應(yīng)用型高級(jí)集成電路和電子系統(tǒng)集成的工程技術(shù)人才。

集成電路設(shè)計(jì)與集成系統(tǒng)屬于交叉性學(xué)科，它在本科學(xué)習(xí)期間會(huì)有很多的課程。像電路類(lèi)的有數(shù)模電、電路分析、數(shù)字集成電路、模擬集成電路等。還會(huì)學(xué)習(xí)一些通信類(lèi)的課程比如信號(hào)系統(tǒng)、通信原理、數(shù)字信號(hào)處理、無(wú)線(xiàn)通信原理等。還有集成電路器件材料、集成電路設(shè)計(jì)、集成電路封裝、集成電路制造以及一些計(jì)算機(jī)編程或者程序設(shè)計(jì)等課程。作為一個(gè)工科專(zhuān)業(yè)，當(dāng)然也是非常注重同學(xué)們的實(shí)踐技能，會(huì)有一些精工實(shí)習(xí)、電裝實(shí)習(xí)，比如設(shè)計(jì)制造一臺(tái)收音機(jī)。

這個(gè)專(zhuān)業(yè)和我之前介紹的微電子科學(xué)與工程專(zhuān)業(yè)有什么不同呢，簡(jiǎn)單的說(shuō)就是微電子科學(xué)與工程主要研究的是芯片的材料和生產(chǎn)工藝方向，而集成電路設(shè)計(jì)與集成系統(tǒng)從字面就能看出主要是研究芯片設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，做芯片的加工圖紙等方向。

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