數(shù)字集成電路的發(fā)展歷程和應(yīng)用

數(shù)字集成電路（Digital IC）具有集成度極高、體積很小、功耗超低、系統(tǒng)可靠性高及便于電子系統(tǒng)（如計算機）處理等特點。數(shù)字集成電路（如 CPU 芯片、DSP芯片、SoC芯片、各種存儲芯片或?qū)ｉT功能模組芯片等）被廣泛用于通信、軍事、醫(yī)療、工業(yè)數(shù)控、消費電子、航空航天、物聯(lián)網(wǎng)、機器人與人工智能等各個領(lǐng)域。

第一塊商業(yè)化基于 CMOS 技術(shù)的數(shù)字集成電路 4000 系列于 1968 年由美國RCA 公司推出。Intel 公司 1970 年發(fā)布了采用 10μmpMOS 工藝的 1103 芯片，并于1971 年量產(chǎn)，產(chǎn)品為 1Kbit 容量的動態(tài)隨機存取存儲器 (DynamicRandomAccess Memory, DRAM)，標志了大規(guī)模集成電路（LSI，一塊芯片上的晶體管數(shù)大于500）的出現(xiàn)；1971年，Intel 推出了全球第一個微處理器 4004，其上集成了2300 個晶體管；1980年，超大規(guī)模集成電路(VLSI,一塊芯片上的晶體管數(shù)大于10?）問世;1989年，特大規(guī)模集成電路（ULSI，一塊芯片上的晶體管數(shù)大于10?)時代到來；2005 年，一塊數(shù)字集成電路的規(guī)模超過了 10 億個元器件（一塊芯片上的晶體管數(shù)大于 10?），即進入了巨大規(guī)模的 SoC 產(chǎn)品時代。

數(shù)字集成電路通常是由各種功能模塊組成的。例如，數(shù)字存儲器（ROM 或RAM)是由若干存儲單元集成的；SoC 是由 CPU、若干標準單元 ( StandardCell)、數(shù)字存儲器、輸入/輸出接口單元（I/O Cell)和其他 IP 模塊等構(gòu)成的。

數(shù)字集成電路產(chǎn)品類型多種多樣，它們的功能性能及其適用范圍也不盡相同。20世紀90 年代產(chǎn)品以 CPU/DSP、存儲器、微控制器 ( Microcontroller Unit,MCU)/微處理器 （ Microprocessor Unit, MPU)和 ASIC 等設(shè)計為主，應(yīng)用范圍側(cè)重于“3C”，即計算機、通信和消費 ( Computer, Communication, Consumer)市場。早期的 ASIC芯片設(shè)計則以專用目的為主，例如大量用于計算機顯示器、電視機的 CGA、VGA 芯片等。同時，隨著各種家電和消費電子產(chǎn)品對芯片需求的日益增長，而各種家電和消費電子產(chǎn)品對操作系統(tǒng)的要求簡單，MCU 和 MPU 設(shè)計從而得到發(fā)展。21 世紀初期，SoC概念得到重視和大力推廣，人們熱衷將PCB 上的多個獨立芯片，如 CPU、存儲器集成到一塊芯片上,大大推動了智能電子產(chǎn)品的進展。近5年來，更加復(fù)雜的系統(tǒng)設(shè)計不斷呈現(xiàn)，基于 GPU、異構(gòu)系統(tǒng)架構(gòu)和卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等的數(shù)字產(chǎn)品已經(jīng)出現(xiàn)。