关键词：超大规模集成电路；系统级；寄存器传输级；逻辑级；晶体管级；可靠性评估
中图分类号：TP311文献标识码：A文章编号：1009-3044(2012)01-0204-03
An Overview of the Reliability Evaluation of Very Large Scale Integrated Circuits
ZHU Xu-guang
(Department of Computer Science and Technology, Tongji University, Shanghai 201804, China)
Abstract: To meet the high performance requirements of SoC (System on Chips), the density and complexity of VLSI is increasing contin? ually, and these have negative impacts on circuit reliability. Hence, accurate reliability estimation of VLSI has become an important issue. This paper has introduced the problems and the existing reliability techniques of reliability estimation based on the early achievements. Fi? nally, this paper described the further work, the deficiency and difficulties of the current work combined with the author’s working.
Key words: VLSI; system level; register transfer level; logic level; transistor level; reliability evaluation
超大规模集成(very large-scale integrated, VLSI)电路及其相关技术是现代电子信息技术迅速发展的关键因素和核心技术，对国防建设、国民经济和科学技术的发展起着巨大的推动作用。人们对信息技术产品(主要指数字计算系统)的依赖程度越来越大，这直接牵涉到人们的生活质量，甚至关系到人类生命、财产的安全问题。因此，当前人们在应用这些产品的同时，必然会提出更高的要求，即除了传统意义上的要求和标准以外，还提出了更重要的评价体系---系统所提供服务的“可靠性”标准问题[1]。
目前，军事电子、航空航天、工业、交通、通讯，乃至普通人的个人生活都对VLSI电路和系统提出了越来越高的可靠性要求，而同时随着集成电路技术的发展，尤其是深亚微米、纳米工艺的应用、电路规模不断扩大，特征尺寸不断缩小，电路密度不断提高，给芯片的可靠性带来了严峻的挑战。因此，对VLSI电路的高可靠性研究变得越来越重要。可靠性技术研究一般包括可靠性设计与模拟、可靠性试验与评估、工艺过程质量控制、失效机理与模型研究，以及失效分析技术等五个主要的技术方向。
传统上对VLSI电路可靠性的研究主要是针对制造过程的，内容包括成品率计算模型、缺陷分布模型、软(硬)故障影响的可靠性模型、电路的串扰与延迟、电路可靠性与成品率的关系等。在集成电路制造过程中，由于各种工艺扰动会不可避免地在硅片上引入缺陷，从而引起集成电路结构的局部畸变。这些局部畸变可能改变电路的拓扑结构，导致集成电路成品率下降。因此，缺陷的几何模型、粒径分布是影响成品率的重要因素之一。另外，在深亚微米和纳米工艺下，软故障的干扰越来越严重，相关的研究包括软故障影响下导线可靠性模型、故障关键面积计算等。已有的研究表明可靠性和成品率存在正相关关系，其正相关性需要考虑线宽、线间距等版图的几何信息和与工艺相关的缺陷粒径分布等参数。面向制造过程的可靠性研究准确性好但存在较大的计算开销。
于是在制造出集成电路产品后，通过筛选和可靠性试验估计其可靠性，并采用加速寿命试验确定产品的平均寿命。如果发现可靠性不满足要求，就要从设计和工艺角度进行分析，并加以改进。长期以来，评价器件质量和可靠性的方法分为三类[2]：（1）批接收抽样检验，检验该批产品是否满足产品规范要求；（2）可靠性寿命试验，评价产品的可靠性水平；（3）从现场收集并积累使用寿命数据，评价相应产品的使用质量和可靠性。
近年来，VLSI电路集成度不断提高，同时可靠性水平也迅速提高，传统的评价方法暴露出了各种各样的问题，如批接收抽样检验方法因分辩能力有限而不能有效区分高水平产品质量之间的区别；可靠性寿命试验方法因要求的样本数太多而导致成本上升；基于现场数据收集的方法因存在“滞后性”而不能及时对产品质量进行评价等，这就促使人们开始研究新的评估技术。
当前对可靠性研究主要的数学模型有[3]：可靠性框图模型、故障树模型、马尔科夫模型、Petri网模型、状态空间分解模型及概率模型等。
虽然这些模型较好的解决了一系列的问题，但是在对VLSI电路进行分析时，由于没有涉及到电路的具体逻辑结构，也就是说只是粗略的分析了一下电路的可靠性，这是不够准确的，当然也是具有现实参考价值的。
在下一步工作中，作者将深入到电路的具体逻辑层和现实的环境当中，对其进行更加深入和具体的研究，以便给出更加准确和 更有价值的计算值。
1不同层面可靠性评估
对数字VLSI电路进行模型化或设计描述,按照抽象级别由高到低大致可以分为行为级、寄存器传输级、逻辑级、电路级、晶体管级。目前，可靠性评估方法的研究主要集中在电路逻辑级以上，通过故障注入或模拟的方法分析信号可靠性。
一般而言，电路可靠性分析基于抽象级别越高，时间开销越少，能用于大规模电路或者处理器系统的评估，但是由于远离物理实现，准确性低。反之，分析的抽象级别越低，必然考虑低层实现中的缺陷分布，环境因素等参数，越接近芯片制造的真实过程，所以更加准确，但是存在一个普遍问题是耗时大，无法用于复杂电路。
1.1行为级可靠性评估
在高层测试可以及早地发现设计错误，便于及时修改，减少设计成本，缩短研发时间。当前集成电路高层测试所面临的最大困难是：缺少能准确描述高层故障实际类型的故障模型，并且模型的评估方式也较单一。
目前，国内外学者对高层故障模型的研究已做了许多有益的工作，如：模仿软件测试的覆盖方法(包括状态覆盖、语句覆盖、分枝覆盖等)、基于电路结构提出的故障模型等。这些故障模型在处理某类电路时都表现出了一定的优势，但是并非对所有类型电路都有效。这也表明，当前高层故障模型依然不够成熟；高层故障模型与门级网表中的SA(固定型故障模型)故障之间的关系依然不清晰；模型的评估也有待于改进。现存的故障模型中，比较成功的有：传输故障模型[4]，变量固定型模型[5]。对模型的评估，常用的方法是覆盖率评估，一般分为两步，如图1所示：(1)依提出的故障模型作测试生成，得到测试向量；(2)将测试向量在门级网表作模拟，计算其对SA故障的覆盖率。另外还有一些是考虑电路的可观测性的测试生成与评估方法[6]。总之，这些评估方法，都是基于对SA故障覆盖率的计算。
图1两个高层故障模型评估
1.2逻辑级可靠性评估
正如上文所述，评估方法所对应的电路抽象级别越高，其准确性则越低。而同一抽象层次上不同类型的方法相比，解析方法最为省时。逻辑级的解析模型方法相对准确，且易于理解和操作。
由于逻辑电路对差错具有一定的屏蔽作用，作为瞬时故障的软差错并非一定会导致电路锁存错误内容或者输出错误结果，因此，建立概率模型来评估逻辑级电路可靠性是合理的。
逻辑级概率模型通过计算发生在电路逻辑门或线节点差错传播到原始输出的概率来衡量其失效率，考虑了电路的拓扑结构和传播路径信息，并与组成电路的各个门类型和连接方式有关，如图2所示，目前典型的方法包括：计算单个输出节点软差错率的TP方法[7]，通过计算差错传播率表征电路软差错率的EPP方法[8]，以及通过概率转移矩阵模型评测整个电路可靠度的PTM方法[9]。其中，TP方法和EPP方法只计算部分电路的失效率，而PTM可以度量整个电路的可靠性。但是，未经优化的TP、PTM算法的计算时空开销较大，只能适用于小规模电路。基于PTM方法具有良好的完备性，并且模型简单而准确，为解决其因时空复杂度大而不能直接用于大规模电路的问题，文献[2]对PTM方法进行了深入的研究，并提出了合理的改进方法。
1.3晶体管级可靠性评估
超深亚微米下的CMOS电路可靠性是由MOSFET的微观失效机制来决定的,对CMOS电路可靠性的评估和改善应该在失效模式分析和对基本物理失效机制正确理解的基础上进行。因此在对电路可靠性进行评估时，需要进行下面四方面的工作：
1)对MOSFET栅氧层退化机制进行建模。MOSFET中热载流子注入效应、负偏置温度不稳定性、栅氧可靠性的经时击穿效应这三种失效机制是影响到超大规模CMOS电路长期工作可靠性的最主要因素。它们都是由氧化层陷阱电荷作用或界面态积累作用而导致了栅氧层作用的退化而造成器件特性的退化。
2）对产生局部氧化层损伤的MOSFET器件行为进行建模。MOSFET中的HCI和NBTI效应都会对器件的主要I-V特性参数产和程度不同的影响。
3）在电路长时工作条件下，对器件栅氧层退化进行仿真。正常的电路中器件一般都是处在AC应力条件下，要对电路的可靠性进行准确的评价，必须先要能够对AC应力下MOSFET长时间工作后的器件性能进行评价。
4）评价处于失效应力作用下的整体电路的性能。
电路可靠性研究的一个重要部分集中在器件级设计[10]，其包括：对失效机制更好的理解和建模；圆片级测试结构的革新以改善可靠性控制；阻止器件退化的结构的研究。其中，器件退化对电路性能的影响受到了更多的关注。在设计阶段预测电路可靠性的方法有着非常大的价值。随着可靠性仿真技术的逐渐成熟，芯片的可靠性设计概念被提上了日程。对最终的电路可靠性评价在IC设计阶段完成，大大降低了芯片设计风险。图3为晶体管级电路的结构。
图3晶体管级电路结构图
从以上可知，可以从不同层面来对VLSI电路进行可靠性评估，不同层面的可靠性评估有其不同的优势与不足。较低层次的可靠性分析通常比较准确，但是其功耗和时间开销大，只能对中小型电路进行分析。高层次的可靠性分析由于远离物理实现，准确性低，但是可处理性好。根据作者的研究认为，兼顾准确性和可处理性是对可靠性研究的突破点，这就要将电路的不同层次间相互映射，以尽可能贴近电路的真实行为。从而在电路的设计阶段就能够比较准确地估计其可靠性，尽早调整改进，避免出现因结构设计上的不足而导致的芯片缺陷，从而提高芯片的可靠性和成品率，缩短芯片的设计和生产周期。
2结论
由IBM、Sony、Motorola等多家知名半导体公司最新研究进展表明，可靠性问题始终伴随着半导体器件与大规模集成电路的发展和应用，随着集成电路技术的发展，VLSI电路的可靠性问题变得越来越突出。加强对半导体器件与集成电路的可靠性分析、模拟、评估和改进已经成为超大规模集成电路发展中的重要课题。目前VLSI电路的可靠性研究得到广泛的关注，对越来越多的失效模式和机理进行了研究，并且从理论和实践上不断提出了改进方法，这些研究成果为可靠性增长提供了评价标准与依据。
参考文献:
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集成电路(IC)产业是战略性、基础性和产业之间关联度很高的产业。它是电子信息产业和现代工业的基础,也是改造提升传统产业的核心技术,已成为衡量一个国家经济和信息产业发展水平的重要标志之一,是各国抢占经济科技制高点、提升综合国力的重点领域。
集成电路产业是典型的知识密集型、技术密集型、资本密集和人才密集型的高科技产业,它不仅要求有很强的经济实力,还要求具有很深的文化底蕴。集成电路产业由集成电路设计、掩模、集成电路制造、封装、测试、支撑等环节组成。随着集成电路技术的提升、市场规模的扩大以及资金投入的大幅提高,专业化分工的优点日益体现出来,集成电路产业从最初的一体化IDM,逐渐发展成既有IDM,又有无集成电路制造线的集成电路设计(Fabless)、集成电路代工制造(Foundry)、封装测试、设备与材料支撑等专业公司。
国家始终把集成电路作为信息产业发展的核心。2000年国家18号文件(《鼓励软件产业和集成电路产业发展的若干政策》)出台后,为我国集成电路产业的发展创造了良好的政策环境。2005年国家制定的《国家中长期科学和技术发展规划纲要 (2006-2020年)》安排了16个国家重大专项,其中两个涉及到集成电路行业,一个是“核心电子器件、高端通用集成电路及基础软件产品”,另外一个则是“集成电路成套工艺、重大设备与配套材料”,分列第一、二位。2008年国家出台的《电子信息产业调整与振兴规划》明确提出:加大鼓励集成电路产业发展政策实施力度,立足自主创新,突破关键技术,要加大投入,集中力量实施集成电路升级,着重建立自主可控的集成电路产业体系。
无锡是中国集成电路产业重镇,曾作为国家南方微电子工业基地,先后承担国家“六五”、“七五”和“九0八”工程。经过近20年的不断发展,无锡不仅积累了雄厚的集成电路产业基础,而且培育和引进了一批骨干企业,有力地推动了我国集成电路产业的发展。2000年,无锡成为国家科技部批准的7个国家集成电路设计产业化基地之一。2008年,无锡成为继上海之后第二个由国家发改委认定的国家微电子高新技术产业基地,进一步确立了无锡在中国集成电路产业中的优势地位,2009年8月7日,温总理访问无锡并确立无锡为中国物联网产业发展的核心城市,微电子工业作为物联网产业发展的基础电子支撑,又引来了新一轮的发展机遇。
发展集成电路产业是实现无锡新区产业结构调整、支撑经济可持续发展、引领经济腾飞、提升创新型城市地位、提高城市综合实力和竞争力的关键。无锡新区应当抓住从世界金融危机中回暖和建设“感知中国中心”的发展机遇,以优先发展集成电路设计业、重视和引进晶圆制造业、优化发展封测配套业、积极扶持支撑业为方向,加大对产业发展的引导和扶持,加快新区超大规模集成电路产业园的建设,加强高端人才的集聚和培育,实现无锡市委市政府提出的“把无锡打造成为中国真正的集成电路集聚区、世界集成电路的高地、打造‘中国IC设计第一区’和‘东方硅谷’品牌的愿景”,实现新区集成电路产业的跨越式发展。
2新区超大规模集成电路园
(2010年-2012年)行动计划
2.1 指导思想
全面贯彻落实科学发展观,坚持走新型工业化道路,紧跟信息产业发展的世界潮流,以积极扶持、引导现有存量企业为基础,以引进和孵化为手段,以重点项目为抓手,大力集聚高科技人才,加大政府推进力度,提高市场化运行程度,强攻设计业,壮大制造业,构建集成电路设计、制造、封装测试、系统应用、产业支撑于一体的完整IC产业链,建成“东方硅谷”。
2.2 发展目标
从2010年到2012年,无锡新区集成电路产业年均引进企业数15家以上,期内累计新增规范IC企业40家,期末产业链企业总数120家以上,产业规模年均增长25%以上,2012年目标400亿元,到2015年,全区集成电路产业规模达到800亿元,占全国比重达20%以上。年均引进和培养中、高级IC人才600名,期内累计新增2000名,期末专业技术高端人才存量达3000名。
2.3 主要任务
2.3.1 重点发展领域
按照“优先发展集成电路设计业,重点引进晶圆制造业,优化提升封装测试业,积极扶植支撑业”的基本思路,继续完善和落实产业政策,加强公共服务,提升自主创新能力,推进相关资源整合重组,促进产业链各环节的协调发展,形成无锡市集成电路产业最集中区域。
2.3.2 产业发展空间布局
集成电路产业是无锡新区区域优势产业,产业规模占据全市70%以上,按照“区域集中、产业集聚、发展集约”的原则,高标准规划和建设新区超大规模集成电路产业园,引导有实力的企业进入产业园区,由园区的骨干企业作龙头,带动和盘活区域产业,增强园区产业链上下游企业间的互动配合,不断补充、丰富、完善和加强产业链建设,形成具有竞争实力的产业集群,成为无锡新区集成电路产业发展的主体工程。
无锡新区超大规模集成电路产业园位于无锡新区,距离无锡硕放机场15公里,距无锡新区管委会约3公里。
超大规模集成电路产业园区总规划面积3平方公里,规划区域北起泰山路、西至锡仕路,东临312国道和沪宁高速公路,南至新二路。园区规划主体功能区包括制造业区设计孵化区、设计产业化总部经济区、设计产业化配套服务区等,占地共700亩,规划基础配套区包括建设园内干道网和开放式对外交通网络,同步配套与发展IC设计产业相关联的宽带网络中心、国际卫星中心、国际培训中心等,按照园内企业人群特点,规划高端生活商务区。
园区目前已有国内最大工艺最先进的集成电路制造企业海力士恒亿半导体,南侧有KEC等集成电路和元器件制造、封测企业。园区的目标是建成集科研教育区、企业技术产品贸易区、企业孵化区、规模企业独立研发区和生活服务区于一体的高标准、国际化的集成电路专业科技园区,作为承接以IC设计业为主体、封测、制造、系统方案及支撑业为配套的企业创新创业的主要载体。支持跨国企业全球研发中心、技术支持中心、产品系统方案及应用、上下游企业交流互动、规模企业独立研发配套设施、物流、仓储、产品营销网点、国际企业代表处等的建设,组建“类IDM”的一站式解决方案平台。
2.3.3 主要发展方向与任务
(1)集成电路设计业
集成电路设计是集成电路产业发展的龙头,是整个产业链中最具引领和带动作用的环节,处于集成电路价值链的顶端。国家对IC产业、特别是IC设计业发展的政策扶持为集成电路发展IC设计产业提供了良好的宏观政策环境。“核心电子器件、高端通用芯片及基础软件产品”与“极大规模集成电路制造装备及成套工艺”列在16个重大专项的第一、二位,说明政府对集成电路产业的高度重视。这两个重大专项实施方案的通过,为IC设计企业提升研发创新能力、突破核心技术提供了发展机遇。新区集成电路产业的发展需要密切结合已有产业优势,顺应产业发展潮流,进一步促进集成电路产业的技术水平和整体规模,实现集成电路设计产业新一轮超常规的发展。
1)、结合现有优势,做大做强以消费类为主的模拟芯片产业。
无锡集成电路产业发展起步早,基础好,实力强。目前,无锡新区积聚了60余家集成电路设计企业,包括国有企业、研究机构、民营企业以及近几年引进的海归人士创业企业。代表性企业包括有:华润矽科、友达、力芯、芯朋、美新、海威、无锡中星微、硅动力、紫芯、圆芯、爱芯科、博创、华芯美等公司。产品以消费类电子为主,包括:DC/DC、ADC/DAC、LED驱动、射频芯片、智能电网芯片等,形成了以模拟电路为主的产品门类集聚,模拟IC产品的研发和生产,成为无锡地区IC设计领域的特色和优势,推动以模拟电路产品开发为基础的现有企业实现规模化发展,是新区集成电路产业做大做强的坚实基础。
2)结合高端调整战略,持续引进、培育系统设计企业。
无锡“530”计划吸引众多海外高端集成电路人才到无锡创业,已经成为无锡城市的一张“名片”,并在全球范围内造就了关注高科技、发展高科技的影响力。以海归人员为代表的创业企业相继研发成功通信、MEMS、多媒体SOC等一批高端产品,为无锡高端集成电路设计的战略调整,提供了坚实的人才基础和技术基础。随着海峡两岸关系的平缓与改善,中国台湾正在考虑放宽集成电路设计企业到大陆投资政策,新区要紧紧抓住这一机遇,加大对中国台湾集成电路设计企业的引进力度。新区拥有相对完善的基础配套设施、宜居的人文环境、浓厚的产业氛围、完备的公共技术平台和服务体系,将成高端集成电路人才创业的首选。
3)结合电子器件国产化战略,发展大功率、高电压半导体功率器件。
高效节能已经成为未来电子产品发展的一个重要方向,电源能耗标准已经在全球逐步实施,将来,很多国家将分别实施绿色电源标准,世界各国已对家电与消费电子产品的待机功耗与效率开始实施越来越严格的省电要求,高效节能保护环境已成为当今共识。提高效率与减小待机功耗已成为消费电子与家电产品电源的两个非常关键的指标。中国目前已经开始针对某些产品提出能效要求,此外,欧美发达国家对某些电子产品有直接的能效要求,如果中国想要出口,就必须满足其能效要求,这些提高能效的要求将会为功率器件市场提供更大的市场动力。功率器件包括功率IC 和功率分立器件,功率分立器件则主要包括功率MOSFET、大功率晶体管和IGBT 等半导体器件,功率器件几乎用于所有的电子制造业,除了保证设备的正常运行以外,功率器件还能起到有效的节能作用。由于制造工艺等因素的限制,形成相对较高的技术门槛,同时,新区企业拥有的深厚的模拟电路技术功底以及工艺开发制造能力,作为一种产业化周期相对较短的项目,现在越来越清晰的看到,模拟和功率器件是新区集成电路设计业的重点发展方向。
4)结合传感网示范基地建设,发展射频电子、无线通信、卫星电子、汽车电子、娱乐电子及未来数字家居电子产业。
“物联网”被称为继计算机、互联网之后,世界信息产业的第三次浪潮。专家预测10年内物联网就可能大规模普及,应用物联网技术的高科技市场将达到上万亿元的规模,遍及智能交通、环境保护、公共安全、工业监测、物流、医疗等各个领域。目前,物联网对于全世界而言都刚起步,各个国家都基本处于同一起跑线。温总理访问无锡并确立无锡为未来中国传感网产业发展的核心城市,将成为难得的战略机遇,新区集成电路产业应该紧紧围绕物联网产业发展的历史机遇,大力发展射频电子、MEMS传感技术、数字家居等,为传感网示范基地建设和物联网产业的发展,提供有效的基础电子支撑。
(2)集成电路制造业
重大项目,特别是高端芯片生产线项目建设是扩大产业规模、形成产业集群、带动就业、带动产业发展的重要手段。是新区集成电路产业壮大规模的主要支撑,新区要确保集成电路制造业在全国的领先地位,必须扶持和推进现有重点项目,积极引进高端技术和特色配套工艺生产线。
1)积极推进现有大型晶园制造业项目
制造业投资规模大,技术门槛高,整体带动性强,处于产业链的中游位置,是完善产业链的关键。新区集成电路制造业以我国的最大的晶圆制造企业无锡海力士-恒亿半导体为核心,推动12英寸生产线产能扩张,鼓励企业不断通过技术改造,提升技术水平,支持企业周边专业配套,完善其产业链。鼓励KEC等向集成器件制造(IDM)模式的企业发展,促进设计业、制造业的协调互动发展。积极推进落实中国电子科技集团公司第58所的8英寸工艺线建设,进一步重点引进晶圆制造业,确保集成电路制造业在国内的领先地位。
2)重视引进高端技术与特色工艺生产线
国际IC大厂纷纷剥离芯片制造线,甩掉运转晶圆制造线所带来的巨大成本压力,向更专注于IC设计的方向发展。特别是受国际金融危机引发的经济危机影响以来,这一趋势更为明显,纷纷向海外转移晶圆制造线,产业园将紧紧抓住机遇,加大招商引资力度。在重点发展12英寸、90纳米及以下技术生产线,兼顾8英寸芯片生产线的建设的同时,重视引进基于MEMS工艺、射频电路加工的特色工艺生产线,协助开发模拟、数模混合、SOI、GeSi等特色工艺产品,实现多层次、全方位的晶圆制造能力。
(3)集成电路辅助产业
1)优化提升封装测试业
无锡新区IC封装测试业以对外开放服务的经营模式为主,海力士封装项目、华润安盛、英飞凌、东芝半导体、强茂科技等封测企业增强了无锡新区封测环节的整体实力。近年来封测企业通过强化技术创新,在芯片级封装、层叠封装和微型化封装等方面取得突破,缩短了与国际先进水平的差距,成为国内集成电路封装测试的重要板块。
随着3G手机、数字电视、信息家电和通讯领域、交通领域、医疗保健领域的迅速发展,集成电路市场对高端集成电路产品的需求量不断增加,对QFP(LQFP、TQFP)和QFN等高脚数产品及FBP、MCM(MCP)、BGA、CSP、3D、SIP等中高档封装产品需求已呈较大的增长态势。无锡新区将根据IC产品产业化对高端封测的需求趋势,积极调整产品、产业结构,重点发展系统级封装(SIP)、芯片倒装焊(Flipchip)、球栅阵列封装(BGA)、芯片级封装(CSP)、多芯片组件(MCM)等先进封装测试技术水平和能力,提升产品技术档次,促进封测产业结构的调整和优化。
2)积极扶持支撑业
支撑与配套产业主要集中在小尺寸单晶硅棒、引线框架、塑封材料、工夹具、特种气体、超纯试剂等。我国在集成电路支撑业方面基础还相当薄弱。新区将根据企业需求,积极引进相关配套支撑企业,实现12英寸硅抛光片和8~12英寸硅外延片、锗硅外延片、SOI材料、宽禁带化合物半导体材料、光刻胶、化学试剂、特种气体、引线框架等关键材料的配套。以部分关键设备、材料为突破口,重视基础技术研究,加快产业化进程,提高支撑配套能力,形成上下游配套完善的集成电路产业链。
3保障措施
国家持续执行宏观调控政策、集成电路产业升温回暖以及国内IC需求市场持续扩大、国际IC产业持续转移和周期性发展是无锡新区集成电路产业发展未来面临的主要外部环境,要全面实现“规划”目标,就必须在落实保障措施上很下功夫。2010-2012年,新区集成电路产业将重点围绕载体保障、人才保障、政策保障,兴起新一轮环境建设和招商引智高潮,实现产业的转型升级和产业总量新的扩张,为实现中国“IC设计第一区”打下坚实的基础。
3.1 快速启动超大规模集成电路产业园载体建设
按照相关部门的部署和要求,各部门协调分工负责,前后联动,高起点规划,高标准建设。尽快确定园区规划、建设规划、资金筹措计划等。2010年首先启动10万平方米集成电路研发区载体建设,2011年,进一步加大开发力度,基本形成园区形象。
3.2 强力推进核“芯”战略专业招商引智工程
以国家集成电路设计园现有专业招商队伍为基础,进一步补充和完善具备语言、专业技术、国际商务、投融资顾问、科技管理等全方位能力的专门化招商队伍;区域重点突破硅谷、中国台湾、北京、上海、深圳等地专业产业招商,聚焦集成电路设计业、集成电路先进制造业、集成电路支撑(配套)业三个板块,引导以消费类为主导的芯片向高端系统级芯片转变,以创建中国“集成电路产业第一园区”的气魄,调动各方资源,强力推进产业招商工作。
3.3 与时俱进,不断更新和升级公共技术服务平台
进一步仔细研究现有企业对公共服务需求情况,在无锡IC基地原有EDA设计服务平台、FPGA创新验证平台、测试及可靠性检测服务平台、IP信息服务平台以及相关科技信息中介服务平台的基础上,拓展系统芯片设计支撑服务能力,搭建适用于系统应用解决方案开发的系统设计、PCB制作、IP模块验证、系统验证服务平台。为重点培育和发展的六大新兴产业之一的“物联网”产业的发展提供必要的有效的服务延伸。支持以专用芯片设计为主向系统级芯片和系统方案开发方向延伸,完善、调整和优化整体产业结构。支持集成电路芯片设计与MEMS传感器的集成技术,使传感器更加坚固耐用、寿命长、成本更加合理,最终使传感器件实现智能化。
3.4 内培外引,建设专业人才第一高地
加大人才引进力度。针对无锡新区集成电路产业发展实际需求,丰富中高级人才信息积累,每年高级人才信息积累达到500名以上。大力推进高校集成电路人才引导网络建设,与东南大学、西安电子科技大学、成都电子科技大学等国内相关院校开展合作,每年引进相关专业应届毕业生500人以上,其中研究生100人以上。及时研究了解国内集成电路产业发达地区IC人才结构、人才流动情况,实现信息共享,每年引进IC中高级人才200人以上。积极开展各类国际人才招聘活动,拓宽留学归国人员引进渠道,力争引进国际IC专家、留学归国人员100人以上。到2012年,无锡新区IC设计高级专业技术人才总数达到3000人。
建立健全教育培训体系。以东南大学的集成电路学院在无锡新区建立的高层次人才培养基地为重点,到2012年硕士及以上学历培养能力每年达到500人。支持江南大学、东南大学无锡分校扩大本科教育规模,加强无锡科技职业学院集成电路相关学科的办学实力,建立区内实践、实习基地,保障行业对各类专业技术人才的需求。与国际著名教育机构联合建立高层次的商学院和公共管理学院,面向企业中高层管理人员,加强商务人才和公共管理人才的培养。
3.5 加强制度创新,突出政策导向
近几年,新区管委会多次调整完善对IC设计创新创业的扶持力度(从科技18条到55条),对IC设计产业的发展起了很大的作用,根据世界IC产业发展新态势、新动向,结合新区IC产业现状及未来发展计划,在2009年新区科技55条及其它成功践行政策策略基础上,建议增加如下举措:
1、在投融资方面,成立新区以IC设计为主的专业投资公司,参考硅谷等地成熟理念和方法,通过引进和培养打造一支专业团队,管理新区已投资的IC设计公司,成立每年不少于5000万元的重组基金,在国家IC设计基地等配合下,通过资本手段,移接硅谷、新竹、筑波等世界最前沿IC设计产业化项目,推进新区IC设计公司改造升级,进军中国乃至世界前列。
2、政策扶持范围方面,从IC设计扩大到IC全产业链(掩模、制造、封装、测试等),包括设备或材料、配件供应商的办事处或技术服务中心等。
3、在提升产业链相关度方面,对IC设计企业在新区内配套企业加工(掩模、制造、封装、测试)的,其缴纳的增值税新区留成部分进行补贴。
4、在高级人才引进方面,将2009年55条科技政策中关于补贴企业高级技术和管理人才猎头费用条款扩大到IC企业。
关键词：动态功耗 时钟树 clock gating技术
中图分类号：TP752 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2015）09-0000-00
随着半导体工业的发展和工艺的深入，VLSI（超大规模集成电路）设计正迅速地向着规模越来越大，工作频率越来越高方向发展。显而易见，规模的增大和频率的提高势必将产生更大芯片的功耗，这对芯片封装，冷却以及可靠性都将提出更高要求和挑战，增加更多的成本来维护这些由功耗所引起的问题。而在便携式设备领域，如智能手机、手提电脑等现在智能生活的必需品对芯片功耗的要求更为严格和迫切。
由于时钟树工作在高频状态，随着芯片规模增大，时钟树规模也迅速增大，通过集成clock gating电路降低时钟树功耗是目前时序数字电路系统设计时节省功耗最有效的处理方法。
Clock gating的集成可以在RTL设计阶段实现，也可以在综合阶段用工具进行自动插入。由于利用综合工具在RTL转换成门级网表时自动插入clock gating的方法简单高效，对RTL无需进行改动，是目前广为采用的clock gating 集成方法。
本文将详细介绍clock gating的基本原理以及适用的各种clock gating策略，在实际设计中，应根据设计的特点来选择合适的clock gating，从而实现面积和功耗的优化。
综合工具在对design自动插入clock gating是需要满足一定条件的：寄存器组（register bank）使用相同的clock信号以及相同的同步使能信号，这里所说的同步使能信号包括同步set/reset或者同步load enable等。图1即为没有应用clock gating技术的一组register bank门级电路，这组register bank有相同的CLK作为clock信号，EN作为同步使能信号，当EN为0时，register的输出通过选择器反馈给其输入端保持数据有效，只有当EN为1时，register才会输入新的DATA IN。可以看出，即使在EN为0时，register bank的数据处于保持状态，但由于clk一直存在，clk tree上的buffer以及register一直在耗电，同时选择电路也会产生功耗。
综合工具如果使用clock gating 技术，那么对应的RTL综合所得的门级网表电路将如图2所示。图中增加了由LATCH和AND所组成的clock gating cell，LATCH的LD输入端为register bank的使能信号，LG端（即为LATCH的时钟电平端）为CLK的反，LATCH的输出ENL和CLK信号相与（ENCLK）作为register bank的时钟信号。如果使能信号EN为高电平，当CLK为低时，LATCH将输出EN的高电平，并在CLK为高时，锁定高电平输出，得到ENCLK，显然ENCLK的toggle rate要低于CLK，register bank只在ENCLK的上升沿进行新的数据输出，在其他时候保持原先的DATA OUT。
从电路结构进行对比，对于一组register bank（n个register cell）而言只需增加一个clock gating cell，可以减少n个二路选择器，节省了面积和功耗。从时序分析而言，插入clock gating cell之后的register bank ENCLK的toggle rate明显减少，同时LATCH cell的引入抑制了EN信号对register bank的干扰，防止误触发。所以从面积/功耗/噪声干扰方面而言，clock gating技术都具有明显优势。
对于日益复杂的时序集成电路，可以根据design的结构特点，以前面所述的基本clock gating 技术为基础实现多种复杂有效的clock gating 技术，包括模块级别（module level）clock gating，增强型（enhanced）clock gating以及多级型和层次型clock gating技术。模块级别的clock gating技术是在design中搜寻具备clock gating条件的各个模块，当模块有同步控制使能信号和共同CLK时，将这些模块分别进行clock gating，而模块内部的register bank仍可以再进行独立的clock gating，也就是说模块级别clock gating技术是可以和基本的register bank clock gating同时使用。如果register bank只有2bit的register，常规基本的clock gating技术是不适用的，增强型和多级型clock gating都是通过提取各组register bank的共同使能信号，而每组register bank有各自的使能信号来实现降低toggle rate。而层次型clock gating技术是在不同模块间搜寻具备可以clock gating的register ，也即提取不同模块之间的共同使能信号和相关的CLK。
图1没有clock gating的register bank实现电路 图2 基于latch的clock gating 电路
综上所述，clock gating技术在超大规模集成电路的运用可以明显改善寄存器时钟的toggle rate 和减少芯片面积，从而实现芯片功耗和成本的降低。实际设计过程中，需要根据芯片电路的结构特点来选择，针对不同的电路结果选择合适的clock gating技术会实现不同效果。
参考文献
[1]L.Benini. P.Siegel， G.De Micheli “Automated synthesis of gated clocks for power reduction in Sequential circuits”， IEEE design and Test， winter 1994 pp.32-41.
[2]Power Compiler User Guide： Synopsys， Inc.， Y-2006.06， June 2006.
Abstract: IC industry as a more rapid growth of the industry in China, at this stage, there are still low skill levels, lack of independent intellectual property rights and other defects. Due to the small enterprise economy, the low converged degree of industry, less innovation and service and other non-price measures, unclear property rights, the unequal interests, China should step up its infrastructure, improve the relevant intellectual property legislation, and promote corporate restructuring, and take other measures to promote the healthy growth of China's IC industry.
关键词：集成电路产业；竞争态势；战略选择
Key words: IC industry；competitive situation；strategy
中图分类号：F272 文献标识码：A文章编号：1006-4311（2011）16-0132-02
作者简介：张鹏（1981-），男，河北张家口人，学士学位，研究方向为经济学。
1 集成电路产业的发展前景
电子信息产品中最核心的部件是集成电路，主要的技术含量也体现在其中，可以说集成电路是信息产业的核心。集成电路的开发生产是当今世界最尖端的高科技产业，其开发生产能力是一个国家科技水准的标志之一。因此，集成电路产业做为国家的基础性战略产业，得到国家重点扶持。在朱F基总理关于国民经济和社会发展第十个五年计划纲要的报告中着重强调要重点支持建设高速宽带信息网络、关键集成电路、新型运载火箭等重大高技术工程，形成我国高新技术产业的群体优势和局部强势。现代经济发展的数据表明，每1～2元集成电路产值能带动10元左右电子信息产业产值，进而带动100元左右的GDP增长。
我国集成电路产业近年来增长迅猛，以中芯国际为代表的我国集成电路厂家迅速发展，市场份额不断增大。销售额从2001年的约200亿元增长到2007年的1251亿元，达到顶峰。该时期是我国集成电路最好的发展时期，销售收入年平均增长速度超过30%，是同期全球半导体产业发展最快的地区。受全球金融风暴影响，2008年、2009年产业产值有所下降。但纵观全球，在近十年间我国集成电路产业增速始终保持高于全球集成电路产业增速约10个百分点。在产业规模不断扩大的同时，集成电路产业结构逐步趋于合理，设计业和芯片制造业在产业中的比重显著提高。回顾近十年集成电路产业的高速发展，业界普遍认为：国内市场的增长、优惠政策的激励、投资环境的改善、产业集聚效应、全球半导体产业向中国的转移和“海归”的回国创业等是推动发展的重要因素。
2 集成电路产业的生产现状
我国的集成电路产业总体比较落后，主要有以下几个特征：生产规模小、产品档次低、开发能力弱、专业人才短缺。造成目前这种现状的主要原因有以下几方面：
2.1 集成电路产业是典型的高技术、高投入、高收益、高风险的产业，投资回收期通常只有几年，如果市场前景好，年投资收益率可以高达40%。目前上海、北京大规模的集成电路生产线建设正是看中这种高额回报。但集成电路产业需要巨额的资金投入，一条生产线建设往往需要十几亿甚至上百亿元人民币。我国在这方面投入远远不够。例如，1998年世界集成电路行业的总投资额为264亿美元，仅Intel就投入了42亿美元，而国内30多年来对集成电路产业的投资累计不足24亿美元。
2.2 集成电路技术发展迅速，产品的生命周期平均不到三年，而项目投资建设期却较长，这种特点对企业的管理提出很高要求，中国过去的传统管理体制很难适应。
2.3 我国基础工业水平低，无法生产专用的集成电路生产设备，集成电路制造只能靠引进生产线进行。而以美国为首的西方国家对中国一直采取技术出口限制政策，禁止国际先进的集成电路技术进入中国，我国目前只能靠引进生产线来发展自己的集成电路产业，在中低端市场寻找自己的定位，缺少自主知识产权以及自主的创新技术。
3 集成电路产业的竞争态势
集成电路产业市场可以细分为IC设计业、制造业和封装业，三个子产业相互依存，又可以相对独立存在、发展。从我国的整体情况看，由于集成电路设计业起步晚，其中IC设计的顶尖技术大部分被Intel，德州仪器等一些国际巨头所垄断，国内的设计公司规模很小，设计人才不足3000人，远赶不上其它发达地区的发展水平。而制造业和封装业也同时存在这类问题，但是制造业和封装业所需要的技术水平没有设计业要求高，而且在国家和地方政府非常重视的情况下，使我国可以依靠引进国外生产线来建立和形成自己的集成电路制造业和封装业。近年来，我国从财税、投融资、研发、进出口等方面提出31条具体政策措施，进一步加大力度支持软件和集成电路产业发展。在国际上大型的集成电路制造商也瞄准了中国市场，通过各种渠道增加在中国的投资。导致我国的集成电路制造产业呈现其特有的竞争态势。
3.1 企业经济规模小,行业会集度较低 企业经济规模是工业企业积累生产资本的重要基础，集成电路产业在国际上基本属于技术密集型和资金密集型产业，典型的高技术、高投入、高收益、高风险的产业，但是其投资回收期通常只有几年。属于比较典型的规模经济。但是，近年来，随着集成电路产业技术的不断提升，其利润空间越来越小。在国际上，国际大厂家们纷纷采取并购及重组的方式，扩大自身规模，提高成本有效性，降低风险，提高自身。而在我国，单说最需要投资的集成电路设计业，由于其研发投入，国际竞争力以及资金均有限，造成此行业内设计公司众多，但大多数均规模小，知识产权和技术水平与国际大公司相比差距很明显。也不可能形成规模经济。对我国而言，目前只能靠引进生产线来发展自己的集成电路制造业以及封装业。但是国际上的最先进的技术只掌握在少数公司手中，加上其对我国新技术出口限制，我国的集成电路产业也只能象其它电子产业一样，在中低端市场寻找自己的定位。并且我国的集成电路产业生产规模普遍较小，与国际上每月生产2-3万片的标准有相当大的距离，难以形成规模效益。但集成电路和其他产品一样需要不同档次和定位的产品，我国的集成电路产量在2005年大约占到世界市场的3%左右，还具有很大的发展空间，在我国大力发展集成电路产业的利益远大于风险。
3.2 竞争要领重要寄托价钱手段，技能创新和服务等非价钱手段使用较少 中国是世界的制造工厂，靠的是成本竞争，包括廉价的土地成本和劳动力成本。在集成电路行业同样也存在这样的状态。在集成电路产业中，封装业是所需技术含量最低，投入也相对较少。但我国现有的封装企业规模都不大，很难满足市场需要，而且即使是在中国封装的IC，其所用芯片、框架、模塑料等也主要是进口的。因此，大量的集成电路封装产品在中国也只是一种简单的加工，技术上与当前国际封装水平相差较远，同样，其所获得的利润大部分用于购买进口原材料以及设备。而在国际上的集成电路产业为什么能得到较高的利润回报，是与其因知识产权掩护而带来的使用职位地方分不开的。
3.3 产权不清，利益不均 中国由于缺少集成电路产业的核心技术，在知识产权上也不重视，导致虽然国内一直以来强调半导体行业的做大、做强，也投入了巨资，靠各项优惠的税收政策和财政政策引进国际公司与国内厂家合资，想带动国内集成电路产业发展，但目前为止基本是失败的。如上海的华虹集团、无锡的华润微电子、首钢NEC、上广电、上海的宏力半导体。究其原因，不外乎是这些企业本身产权不清，国内领导权所占股份少，利益分配不均。而作为经营者如果不能从公司运作上得利，是不可能专心、认真地长久经营的。
4 集成电路行业的战略选择
4.1 加大集成电路行业的基础建设 集成电路行业的设计能力我国基本不具备，主要是欧美和日本厂家把持。而且这个领域的特点是新加入者很容易受专利保护的伤害，而已经在场上的玩家经常用交换专利的方法达成妥协共同发展。但集成电路产业的特点是设计必须和生产工艺结合，既然全球第一、第二的晶圆加工企业，其地位难以撼动。所以国内在此方面完全可以错位竞争，专注于一些低端但是成熟的工艺技术方面。如果暂时做不了核心芯片，可以先做配套的芯片或者做解决方案，即以核心芯片为基础，搭配合适的芯片，提供某一领域的应用方案。近年来，国内的劳动力和土地成本上升，导致中国靠廉价劳动力和土地成本的优势吸引国际公司建生产线的优势逐步散失。中国现在需要发展自己的生产用原材料以及生产用设备制造业。等到我国生产用原材料能够在国际的集成电路行业占举足轻重的地位时，就可以反过来影响国际上的集成电路行业。
4.2 完满知识产权的掩护立法 从集成电路企业的生长来看，一个国家良好的知识产权掩护情况是促使产业健康生长的必要条件。集成电路行业较高的利润回报与该行业所负担的高风险是相联的，而为确保集成电路产业在创新的同时能得到较高的利润，赐与企业必要的使用特权是须要的，所以许多国家对集成电路的知识产权掩护力度非常大。这样在保证集成电路企业获取高利润的刺激下，企业也有了进一步创新的动力，企业之间的竞争促使集成电路新技术不断发展，集成电路产业健康生长。而我国已经加入WTO，要促进集成电路行业的快速发展，就应与其他国家的执法制度接轨，为集成电路的技术专利创造宽松的条件，以鼓励国内的集成电路企业不断创新，增强此行业的研发本事和经济实力，确保我国集成电路企业能够从容国外企业的竞争压力。
4.3 推动国内企业的重组 发达国家的生长已经证明，实验大企业团体战略是当今列国经济生长的偏向，是企业增强市场竞争力的重要手段。进入21世纪后，这种趋向日益显着。从国际经验来看，一个行业会集度的前进，重要是基于市场的并购和重组，这一点可以从连年来国际集成电路公司的大合并中得到说明。但从我国集成电路的现实状况看，规模大的国内集成电路企业除中芯国际外很少，国内的大部分集成电路企业只是处于无序的竞争以及低廉的利润率水平上。因此在国际大企业的竞争压力下，我国的企业必须举行大规模的整合，以增进国际竞争力。
总之，我国集成电路行业的生长任重而道远。在经济全球化的今日，我国集成电路行业只有充实使用自身的优势，积极吸取国外企业生长经验，积极应对国际寻衅，才能健康、快速生长。
参考文献：
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[2]芮明杰,陶志刚.中国产业竞争力陈诉[M].上海人民出书社,2004.
[3]王俊豪.政府管制经济学导论[M].商务印书馆,2003.
一、原有的电视机教学体系和它面临的困境：
原有的电视机教学体系的基本特征是：以中、大规模集成电路元件的典型电视机电路的分析为主线，讲授电视机的基本工作原理和主要维修技术。在我们国家，这一教学体系的形成大约是在80年代末期，它适应了电视机生产发展的需要，对繁荣经济，发展生产起到了良好的推动作用。我们可以简述它的形成过程：由于中、大规模集成电路元件的典型电视机电路发展的需要，四机部于86年集中了许多工厂、科研、院校的研究人员，组成了“中、大规模集成电路元件的典型电视机联合设计组”，对中、大规模集成电路元件的典型电视机的基本理论，电路设计、工程计算等进行了系统的研究，编写了52万多字的教材《集成电路电视接收机原理与维修》上、下册，及大量的技术资料，对随后的许多高职、中专、技校、职高教材等产生了较大的影响，经了十多年的效学实践，深受广大教师、“学生的欢迎。于是有人得出了这样的结论：“在了解彩色电视机的原理和掌握基本的维修方法上，除了深入研究中、大规模集成电路元件构成的电路外，还没有其它更好的方法。”
我们在为出版社编写高职教材时统一了一个观点，原理课教材的编写各章内容按照适合各种机型的框架结构编写，只是在列举实际电路分析时，只对一种具体的典型机为例进行分析。但是，当我们用这一编写原则来编写彩色电视机维修技术时，却发现这一原则很难实现，因为维修技术的教材必须充分考虑它的实用性和对学生进行维修技能训练时的现实可能性，也就是说：它不能脱离现实太远，要用中、大规模集成电路元件的彩色电视机进行维修技能的训练很困难，因为中、大规模集成电路电视机很多厂家都不生产了。目前在市面上最多的是二片机或单片机。我们越是认真研究市场上的产品和工厂中正在生产的产品，就越是感觉到我们现有的许多彩电教材的内容陈旧，机型过时，或者可以这样说：为了适应市场竟争的需要，为了能够使我们的国产彩色电视机能够站立在更高的水平，我们的生产厂已大量引进具有现代先进水平的新技术、新工艺、新配件、新线路。使彩电国产化出现了高起点，大跨度的形势。但是，我们的许多教材由于受到各种条件的限制，没有能够实现“大跨度”，起点不高、面容不新，这就势必要出现理论脱离实际，教学内容脱离生产现状的情况，它会大大影响我们高职学校中电视机教学的效果。
基于以上的考虑，我们不得不在《电视机维修技术》写到：“彩色电视机的电路同样经历了电子管电路，晶体管电路和集成电路这样三个发展阶段。由于现阶段生产的彩色电视机均采用超大规模集成电路，因此我们将其作为学习的重点，对于中、大规模集成电路元件的电视机电路的彩色电视机则不再进行讨论。”而且在第一、二节中讨论了集成电路国产化彩电的电路分布情况及发展趋势，根据发展趋势来安排维修技术的教学。
二、建立新的电视机教学体系的必要性
我对教材的这种处理方法只能解决局部的问题，不能解决电视机教学中饱根本问题，因为这种处理方法会造成原理课教材与维修技术课教材的不配套，另一个以集成电路为主线，这样会增加学生的学习负担，我认为要解决根本问题，需要重新设计整个电视机的教学体系，更新教学内容和教学方法，既然以中、大规模集成电路元件的电视机电路为主线无法解决彩电教学中的问题，为什么不可以以超大规模集成电路为主线来设计整个电视机的教学体系呢。“沉舟侧畔千帆过，病树前头万木春。”既然电视机生产整个都更新换代了，为什么电视机的教学体系不能更新换代呢？教学必须为经济和生产的发展服务汕而是让经济和生产的发展为教学服务，面对电视机生产将最终走向超大规模集成化这一现实，我们有必要站在集成化的高度上来考虑整个电视机教学体系的教学内容和教学方法。
三、建立电视机新教学体系的可行性：
1．生产体系相对稳定，技术资料逐步齐全
（1）如果在前几年来考虑这个问题，为时过早，条件还不大成熟，超大规模集成电路彩电国产化正在研究和试生产阶段，许多技术资料是保密的，最近，国产化超大规模集成电路彩电的生产日趋成熟，资料陆续公开，根据这些资料我们编辑出版了与电视机原理与维修配套的《电视机维修技能训练》一书，共计42万字，对配套件作了详细介绍，2010年上半年由化工出版社出版发行。这一切为高职电子专业的学生进行电视机实训创造了良好条件。
（2）关于超大规模集成电路电视机的原理，调试，维修等资料也出版得很多了，这样就有利于我们将它与彩色合在一起来考虑它他教学的分工与配合，分散教学难点，降低学生的负担。
2．高职 发展十几年来，有了一定的教学经验，办学条件也在逐步改善，原有的电视观教学体系，基本上是大学、中专的电视机教学体系的缩影，给高职的电视机教学带来了一定的困难。我们希望建立的是能够适应高职特点的、科学的、理论与实践课配套成龙的教材，这就需要我们充分了解高职学生，熟悉高职的办学条件，对实践性教学方案的实施可能性作出实事求是的估计，现在这些条件是完全能够逐步具备，因为我们已经有了十几年的教学经验。
理想是美好的，但要实现这些美好的理想还有许多艰苦的路要走。也许我们会摔倒，甚至会碰得头破血流，但只要我们不躺下，坚持不懈地走下去，我们总可以从没有路的地方走出一条路来。新的教学体系可能会在经历若干次的失败，但它最终会建立起一个新的教学体系。
【关键词】故障 集成电路 检修
随着我国电视工业发展，CRT电视机和液晶电视机并存的今天，CRT电视机以逐渐没落的身份出现，其维修也成为一个很大的问题。通过实际维修及对彩电电路图的分析，总结出彩电图纸识读规律及维修关键点对故障部位诊断的部分经验，现就关于彩电识图和维修关键点应用进行论述，以抛砖引玉。
一、行电路集成电路引脚规律
行扫描电路通常情况下根据集成电路的规模大小所设引脚不同，其不同电路设置引脚不同。（一）行鉴相器一般设置一个引脚，且多为鉴相器滤波电路外接端，外接滤波电容或积分滤波电路；（二）行振荡电路一般设一个引脚，多为振荡定时网略外接端，多接晶体或定时电路；（三）行预激励级一般设一个输出端，经简单滤波后直接加到行激励管基极。（四）一般为了防止电路异常会设置保护电路引脚一到两个，接入外来出发脉冲，切断行脉冲迫使行停止工作或直接加到MPU迫使机器待机。
二、场电路集成块引脚规律
场扫描电路通常在大规模集成电路上一般设置三个至四个引脚：（一）一般大规模集成电路场振荡由二倍行频分频而来，个别电路会设置场同步分离滤波电路，外接滤波电容；（二）多数情况下会设置一个反馈端子，外接场交直流负反馈网络，进行线性校正；（三）场脉冲输出一般设置一至两个端子，主要看是与那一种场输出电路，单端还是双端，多与场输出块输入脚相连；（四）个别电路还会设置电子开关电路（锯齿波电压形成电路）的外接端子，外接RC定时元件，用以形成锯齿波电压，甚至同时作为反馈引脚，从而减少了集成电路的引脚。
三、场输出集成电路引脚规律
场输出集成块一般是单列直插式功率集成电路，多有七到十二个引脚，但有几个引脚是有规律可循的，现就目前较多的OTL场功放集成电路规律谈一下我的看法：（一）场脉冲输入引脚多直接或经过电阻与小信号处理集成电路输出引脚相连，实测电压较低；（二）输出引脚可通过偏转线圈寻找，多在其回路上有个容量较大的S校正电容，直流电位多为电源一半；（三）自举引脚多经过电容与输出相连，且为独立引脚，其电压近似甚或会高过电源电压；（四）通常场功放集成电路一般设两个电源引脚，离输入引脚近的为低压前置供电，另一个为功放供电，多数为24―27V左右。
四、行场扫描电路的维修
行扫描电路故障机率虽然较大，但多数为输出电路故障，一般通过测电阻、测电压就能解决。测电阻时其维修关键点为行管集电极对地电阻大小，太大有开路之嫌，太小有短路之嫌；且该点阻值可一箭三雕，同时测量了行输出管、行逆程电容、行偏转回路及阻尼二极管。测电压判断故障时，关键注意行管基极的负压，该电压正常与否是行输出和行前级故障的分路点，其电压与行输出供电共同决定行输出电路是否正常工作，才能进一步去判断故障。其次是行输出各供电输出电源电压的正常与否，某些电源在故障之前出现短路，使行电路过载而烧毁，也是正常；在行扫描集成电路引脚上，一般注意行供电及APC滤波电路，振荡电路损坏机率非常小。
场电路故障规律类似行电路，主要是场功率放大器易损坏，多数情况下更换场块就可修复；场功放集成电路的维修关键点是场块功率输出端，该电压不对，检查供电电路正常，一般场块损坏。在场电路同时有一个较易出现的故障，即场线性不良，该故障是由元件性能不良引起，主要应检查场电路相关电解电容及场块，多数情况下，自举电容，滤波电容，锯齿波形成电容，反馈电容等性能不良居多。
五、伴音电路的检修
伴音电路的原理相对较简单，但其故障几率较大，且多发生在电压高电流大的功放级电路；另一个就是鉴频器电路，为了改善音质，多数厂家喜欢使用高Q值的鉴频器线圈，其内附电容银电极暴露在空气中成为伴音电路的易损件。弄清信号流程，抓住规律，相信我们能够轻易解决问题。
（一）伴音小信号处理电路
伴音小信号处理电路一般设置5―10个引脚，因集成电路的规模不同而有所变化：（一）伴音中频限幅放大电路在小规模集成电路中，一般输入引脚设两个，为6.5MHz（多制式机常见6.0MHz）平衡输入端子，外接6.5MHz陶瓷滤波器，以进行伴音第二中频的选频工作，为稳定集成内部直流工作点，通常再设两个伴音中频交流旁路电容外接端，避免交流增益下降；大规模集成电路一般各只有一个；（二）鉴频器电路外设引脚一般为2―3个，中小规模一般设两个陶瓷鉴频器或LC移相网络；大规模集成通常设一个；（三）直流音量控制电路一般设一个端子，外接音量控制网络，多数机型在此之外，还会设置一个去加重端子，外接2000pf―0.01μf去加重大电容；（四）音频输出电路一般设引脚1―2个，一个音频输出，经0.22μf―4.7μf电容接功放输入端子；有些机型有音调调节电路，但通常不做专用端子，由去加重端子兼顾。
（二）伴音功放引脚规律
伴音功率放大器集成电路多采用常见的普通音频功放集成电路，其规律比较好找：（一）通过喇叭很易找到功放输出，OTL经过个较大的电解电容，OTL功放及BTL功放则电路直接接喇叭；（二）自举电路通常有专用引脚，接一个47μf ―220μf 电解电容由正及负接功放输出端子；（三）反馈电路一般对地接一电阻与电容串接的滤波移相网络；（四）高频旁路滤波外接小容量高频滤波电容。等等等等，只要我们认真读图，抓住规律，仔细看一下电路，会发现有很多的相近相似的地方，久而久之，读图能力会大大提高。
（三）伴音电路检修点
关键词:软件行业;集成电路行业;影响因素;发展方向
中图分类号:TP31 文献标识码:A文章编号:1007-9599 (2010) 07-0000-01
Software Industry and IC Industry under New Age
Shi Zhenqian
(Hangzhou Synway Digital Information Technology Co., Ltd.,Hangzhou310012,China)
Abstract:The software industry and integrated circuit industry is the core of information industry,the technology level and scale of comprehensive national strength is an important landmark.At present, China's software industry and IC industry is in a critical development period,but the current industrial policy is still not perfect,and part of the policy has not suited to the current situation,therefore the need to intensify and perfect the relevant support policies,and increasing support efforts,starting from the root of the problem,take good for the software industry and IC industry development.
Keywords:Software industry;IC industry;Factors;Development
到去年年末,我国内地在全球集成电路产业总销售额中的比例已超过10%,从而提前实现了国家“十一五”规划提出的“到2010年国内集成电路产业规模占全球8%份额”的目标。但与发达国家相比,差距依然很大。因此需要找到阻碍行业发展的因素,找到软件与集成电路产业的正确的发展方向。
为加强中国集成电路行业管理,开展集成电路各种交流和协作活动,维护企业的合法权益,实现集成电路开发工程化、集成电路产品商品化、集成电路管理科学化和集成电路经营企业化,在政府和行业组织、企事业单位之间发挥桥梁纽带作用,为促进全国各地集成电路产业的快速发展。
二、新时代下软件行业与集成电路行业的现状
我国的软件行业和集成电路产业地区间发展差异较显著,大部分的企业都分布在经济文化相对发达的长三角和珠三角地区。全国有85%的软件产业和95%以上的集成电路产业的销售收入集中在这两个地区。中西部地区软件和集成电路产业,依赖个别省市中心城市带动,如西安、成都、长沙和武汉等。
(一)在软件业方面
产业规模位居全国首位的是北京,企业产值和就业人数占全国总量的1/3。广东的软件业仅次于北京。上海、浙江、山东三省市软件产业规模相当。以上省市的软件业销售收入占全国的比重超过75%。另外,软件产业正在发生着由销售向服务的转变。以Linus为代表的共享软件的出现,促使软件由垄断封闭型向社会开放型的方向演化,这种新的趋势迫切要求不甘落后的国家,必须尽快提高自己的软件开发实力,壮大自己的软件产业,这样才在未来经济和产业之林中占有一席之地。
(二)在集成电路产业方面
国内最主要的集成电路基地是长三角地区,聚集了全国近一半的集成电路设计企业和制造企业,另外还有4/5的封装测试企业。珠三角地区则依托强大的计算机产品制造能力,形成了有一定特色的集成电路设计企业群。另外,集成电路制造技术已推进到深亚微米领域,这一领域的特点是加工微细化,硅片大直径化,加工环境、设备及材料超净化。因此,我国的集成电路产业将迎来新的挑战,只有不断的攻破技术难题,不断的创新才能创造出新的局面。
三、影响软件行业与集成电路行业发展的因素
软件行业与集成电路行业是集知识密集型、资金密集型、人才密集型为一体的高新技术产业,是信息产业的先导和基础,因而国际间的竞争也日益激烈。与美、日、欧等许多发达国家和地区相比,我国核心基础产业存在不小的差距,主要表现在企业规模不协调,技术、资金和管理水平与大的跨国公司差距较大,政策环境不够完善等方面。
(一)软件业方面
软件业比重偏低,从软硬件产业构成关系看,我国软件业与硬件规模的比例系是1:2,而这个比例在信息产业发达的国家一般不低于1:1。例如美国正好与我国相反,软件业规模是硬件业规模的2倍。其次,软件产品的本国供应率偏低。国产软件产品的市场份额仅占我国软件产品市场的1/3。其次,关键领域的自主研发严重不足。
(二)集成电路产业方面
首先是市场需求规模大,自给供应能力弱。从产量上看,国产的集成电路产品仅能满足25%~30%的国内市场需求;且国产的多为低端产品,大量集成电路产品需要出口到海外进行再设计和加工。再者,产业内各环节比例关系不合理,致使集成电路设计发展滞后。在集成电路产业链上的设计、制造和封装测试3个环节中,我国集成电路封装测试业所占比重高于设计业与制造业。那么,如果国内集成电路设计企业没有足够的能力来满足下游环节的生产要求,久而久之,国内集成电路制造和封装测试厂家也只能在产业链下游被动地为国外厂商代工。
三、新时代下软件行业与集成电路行业的发展方向
(一)在关键技术领域确保足够的投入强度
为了实现产业技术赶超,就要在关键技术领域进行集中、高强度且持续的投资。未来的一段时期内,伴随着我国集成电路产业规模继续扩张,投资力度还应有所加强。在保证产业投资总量的同时,还必须确保必要的研发经费投入。
(二)充分发挥国家在引导社会资本参与关键技术研发方面的能动作用
软件和集成电路产业上游基础性与关键性领域的研发,其资金需求量大、风险高,而社会资本通常不具备进入这些领域的实力,也缺乏进入这些领域的主动性。只有政府的强力介入,才有可能吸引并且带动更多的民间资本对关键技术研发的投资。
(三)加快培育大企业
我国软件和集成电路的企业虽然数量众多,但缺少世界级的大企业。因此当务之急就是要集中投资,加快培育有综合性技术实力和国际竞争力、能带动产业发展的大企业。
综上所述,软件行业与集成电路行业的从业人员要努力提高设计能力,找准市场需求,融入世界上最新有关集成电路的创新成果,尽快缩短我国与世界先进水平的差距。我们期待着我国的厂商能够在不久后在这两个领域中拥有自主产权和广泛的应用。
参考文献:
[1]杨继省.加入WTO后我国集成电路及软件的保护[J].法学论坛,2000年15期
在工作人员的陪同下，我们来到了首钢NEC的小礼堂，进行了简单的欢迎仪式后，由工作人员向我们讲解了集成电路半导体材料、半导体集成电路制造工艺、集成电路设计、集成电路技术与应用前景和首钢NEC有限公司概况，其中先后具体介绍了器件的发展史、集成电路的发展史、半导体行业的特点、工艺流程、设计流程，以及SGNEC的定位与相关生产规模等情况。
IC产业是基础产业，是其他高技术产业的基础，具有核心的作用，而且应用广泛，同时它也是高投入、高风险，高产出、规模化，具有战略性地位的高科技产业，越来越重视高度分工与共赢协作的精神。近些年来，IC产业遵从摩尔定律高速发展，越来越多的国家都在鼓励和扶持集成电路产业的发展，在这种背景下，首钢总公司和NEC电子株式会社于1991年12月31日合资兴建了首钢日电电子有限公司（SGNEC），从事大规模和超大规模集成电路的设计、开发、生产、销售的半导体企业，致力于半导体集成电路制造（包括完整的生产线――晶圆制造和IC封装）和销售的生产厂商，是首钢新技术产业的支柱产业。公司总投资580.5亿日元，注册资金207.5亿日元，首钢总公司和NEC电子株式会社分别拥有49.7％和50.3％的股份。目前，SGNEC的扩散生产线工艺技术水平是6英寸、0.35um，生产能力为月投135000片，组装线生产能力为年产8000万块集成电路，其主要产品有线性电路、遥控电路、微处理器、显示驱动电路、通用LIC等，广泛应用于计算机、程控和家电等相关领域，同时可接受客户的Foundry产品委托加工业务。公司以“协力敬业创新领先，振兴中国集成电路产业”为宗旨，以一贯生产、服务客户为特色，是我国集成电路产业中生产体系最完整、技术水平最先进、生产规模最大的企业之一，也是我国半导体产业的标志性企业之一。
通过工作人员的详细讲解，我们一方面回顾了集成电路相关的基础理论知识，同时也对首钢日电的生产规模、企业文化有了一个全面而深入的了解和认识。随后我们在工作人员的陪同下第一次亲身参观了SGNEC的后序工艺生产车间，以往只是在上课期间通过视频观看了集成电路的生产过程，这次的实践参观使我们心中的兴奋溢于言表。
由于IC的集成度和性能的要求越来越高，生产工艺对生产环境的要求也越来越高，大规模和超大规模集成电路生产中的前后各道工序对生产环境要求更加苛刻，其温度、湿度、空气洁净度、气压、静电防护各种情况均有严格的控制。
为了减少尘土颗粒被带入车间，在正式踏入后序工艺生产车间前，我们都穿上了专门的鞋套胶袋。透过走道窗户首先映入眼帘的是干净的厂房和身着“兔子服”的工人，在密闭的工作间，大多数IC后序工艺的生产都是靠机械手完成，工作人员只是起到辅助操作和监控的作用。每间工作间门口都有严格的净化和除静电设施，防止把污染源带入生产线，以及静电对器件的瞬间击穿，保证产品的质量、性能，提高器件产品成品率。接着，我们看到了封装生产线，主要是树脂材料的封装。环氧树脂的包裹，一方面起到防尘、防潮、防光线直射的作用，另一方面使芯片抗机械碰撞能力增强，同时封装把内部引线引出到外部管脚，便于连接和应用。
在SGNEC后序工艺生产车间，给我印象最深的是一张引人注目的的海报“一目了然”，通过向工作人员的询问，我们才明白其中的奥秘：在集成电路版图的设计中，最忌讳的是“一目了然”版图的出现，一方面是为了保护自己产品的专利不被模仿和抄袭；另一方面，由于集成电路是高新技术产业，毫无意义的模仿和抄袭只会限制集成电路的发展，只有以创新的理念融入到研发的产品中，才能促进集成电路快速健康发展。
在整个参观过程中，我们都能看到整洁干净的车间、纤尘不染的设备、认真负责的工人，自始至终都能感受到企业的特色文化，细致严谨的工作气氛、一丝不苟的工作态度、科学认真的工作作风。不可否认，我们大家都应该向他们学习，用他们的工作的态度与作风于我们专业基础知识的学习中，使我们能够适应目前集成电路人才的需求。
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