第11章 集成电路篇

集成电路（ied circuit，简称ic）的发展历史可以追溯到20世纪中叶。以下是其发展的主要历程和趋势：

早期发展阶段1.1947年贝尔实验室的肖克利、巴丁和布拉顿发明了晶体管，这是微电子技术发展中的第一个里程碑。

1950年结型晶体管诞生。

1951年场效应晶体管发明。

1956年c.s. fuller发明了扩散工艺。

1958年仙童公司的罗伯特·诺伊斯和德州仪器的杰克·基尔比分别发明了集成电路，开创了世界微电子学的历史。

技术进步1960年h.h. loor和e. castellani发明了光刻工艺。

1962年美国rca公司研制出mos场效应晶体管。

1963年f.m. wanlass和c.t. sah首次提出cmos技术，今天95%以上的集成电路芯片都是基于cmos工艺。

1964年英特尔的摩尔提出摩尔定律，预测晶体管集成度将会每18个月增加一倍。

1966年美国rca公司研制出cmos集成电路，并研制出第一块门阵列（50门）。

1967年应用材料公司（applied materials）成立，现已成为全球最大的半导体设备制造公司。

大规模集成电路时代1971年英特尔推出1kb动态随机存储器（dram），标志着大规模集成电路出现。

1971年全球第一个微处理器4004由英特尔公司推出，采用的是mos工艺，这是一个里程碑式的发明。

1974年rca公司推出第一个cmos微处理器1802。

1976年16kb dram和4kb sram问世。

1978年64kb动态随机存储器诞生，不足0.5平方厘米的硅片上集成了14万个晶体管，标志着超大规模集成电路（vlsi）时代的来临。

个人电脑时代1.1979年英特尔推出5mhz 8088微处理器，之后，ibm基于8088推出全球第一台pc。

1981年256kb dram和64kb cmos sram问世。

1984年日本宣布推出1mb dram和256kb sram。

1985年微处理器问世，20mhz。

1988年16m dram问世，1平方厘米大小的硅片上集成有3500万个晶体管，标志着进入超大规模集成电路（vlsi）阶段。

现代发展1989年1mb dram进入市场。

1989年486微处理器推出，25mhz，1um工艺，后来50mhz芯片采用0.8um工艺。

1992年64m位随机存储器问世。

1993年66mhz奔腾处理器推出，采用0.6um工艺。

1995年pentium pro，133mhz，采用0.6-0.35um工艺。

1997年300mhz奔腾2问世，采用0.25um工艺。

1999年奔腾3问世，450mhz，采用0.25um工艺，后采用0.18um工艺。

2000年1gb ram投放市场。

2000年奔腾4问世，1.5ghz，采用0.18um工艺。

2001年英特尔宣布2001年下半年采用0.13um工艺。

2003年奔腾4 e系列推出，采用90nm工艺。

2005年英特尔酷睿2系列上市，采用65nm工艺。

2007年基于全新45纳米high-k工艺的英特尔酷睿2 e7\/e8\/e9上市。

2009年英特尔酷睿i系列全新推出，创纪录采用了领先的32纳米工艺，并且下一代22纳米工艺正在研发。

中国的集成电路产业诞生于20世纪60年代，经历了从计算机和军工配套到消费类整机配套的转变，并在90年代通过908工程和909工程取得了新的发展。

继续遵循摩尔定律尽管面临物理极限的挑战，半导体行业仍在寻找新的技术突破，以维持摩尔定律的发展趋势。

新材料和新工艺如高介电常数材料（high-k）、金属栅极（metal gate）和三维晶体管结构（如fi）等，这些技术有助于进一步提高晶体管

的性能和降低功耗。

系统级集成（system-on-chip, soc）将多个功能模块集成到单个芯片上，实现更高的集成度和更低的功耗。

异构集成（heterogeneous iion）结合不同的半导体技术和材料，实现更复杂的功能和更高的性能。

量子计算和神经形态计算探索新的计算范式，以应对传统计算架构的局限性。

集成电路的发展历史展示了人类在半导体技术领域的持续创新和进步，这些技术的发展不仅推动了计算机和电子设备的革新，也对现代社会的发展产生了深远影响。

以下是一些集成电路上市公司的例子：

中芯国际是一家在开曼群岛注册成立的公司，于2004年3月18日在香港联合交易所主板上市，并于2020年7月16日在上海证券交易所科创板上市。中芯国际主要从事集成电路芯片的制造，提供从0.35微米到14纳米制程工艺的设计和制造服务。

紫光国微是一家在集成电路设计领域深耕二十余年的公司，已成为国内集成电路设计企业龙头之一。该公司采用无晶圆厂（fabless）经营模式，根据客户需求安排产品的对外委托生产。紫光国微的业务涵盖特种集成电路、智能安全芯片和晶体等领域，市场占有率有所提升。

上海贝岭专注于集成电路芯片设计和产品应用开发，是国内集成电路产品主要供应商之一，也是上海集成电路设计业前十名企业。该公司的市盈率为-514.89，2023年营业总收入同比增长4.54%，毛利率达到29.47%。

士兰微是另一家集成电路上市公司，其市盈率为-1665，2023年营业总收入同比增长12.77%，毛利率达到22.21%。

中微公司是一家在集成电路领域具有重要地位的上市公司，其市盈率为84.83，2023年营业总收入同比增长32.15%，毛利率达到45.83%。

这些公司在集成电路行业中具有较高的知名度和市场份额，它们的业务范围涵盖了从芯片设计到制造的各个环节。

集成电路作为现代科技的核心组成部分，其未来布局将围绕以下几个关键方向展开：

技术创新后摩尔时代的设计创新随着硅集成电路制造技术在器件特征尺寸上按比例缩小的进度变缓或终将停止，通过新技术的引入，集成电路算力仍将持续提升。这包括通过集成电路设计、新型材料和器件的颠覆性创新使芯片的算力按照摩尔定律的速度提升。

量子芯片和类脑智能芯片量子芯片、类脑智能芯片将引起巨大的技术变革。利用集成电路加工技术实现对量子信息的操控，进而实现具有量子信息处理功能的芯片；构造类生物神经网络的半导体器件，制造类脑神经网络结构和信息表达处理机制的芯片和系统，实现类脑感知与认知，是通往通用人工智能的一条重要可行路线。

跨维度异质异构集成和封装技术这种技术将实现量子芯片、类脑芯片、3d存储芯片、多核分布式存算芯片、光电芯片、微波功率芯片等与通用计算芯片的巨集成，彻底解决通用和专用芯片技术向前发展的功耗瓶颈、算力瓶颈并实现其功能拓展。

产业发展产融对接面对新技术、新材料、新场景的不断涌现，集成电路产业应积极探索产融对接的新模式，搭建高效的产融对接平台。通过政府引导、市场运作的方式，引入产业投资基金、风险投资等资本，为企业提供充足的资金支持，加速创新链、产业链、资金链的聚合，促进科技成果的快速转化与商业化应用。

以市场为导向产业链企业可通过市场调研和数据分析，准确把握市场需求，优化产能布局，避免供需失衡。特别是在市场广袤的新兴领域，如物联网、智能汽车等，早布局，抢先机；建立灵活的生产调整机制，应对市场周期性波动，实现“超车”。

人才培养和科研投入加强基础研究和应用研究：产业链应抓住新信息技术带来的机会，增加对基础研究和应用研究的投入，特别是在新材料、新工艺、新架构等方面。例如，探索risc-v架构及chiplet技术；与高校、科研机构合作，建立联合实验室和研发中心，推动前沿技术的突破。

培养和引进人才通过引进和培养，建立一支具有丰富经验和开拓创新精神的微电子与光电子研究队伍，是实现集成电路产业高质量发展的关键。

国际合作与知识产权保护加强国际合作不断加强国际合作，以利于我国集成电路芯片和光电芯片的不断发展。在全

球经济一体化的背景下，集成电路产业的发展还受到国际贸易环境、知识产权保护等多种因素的影响。因此，加强国际合作、提高自主创新能力、构建完善的产业链和生态系统，将是未来集成电路产业发展的关键。

知识产权保护建立健全知识产权保护体系，激励创新，防止技术流失，是保障集成电路产业健康发展的重要措施。

通过上述布局，集成电路产业将能够在未来保持其作为信息时代核心技术的地位，并为推动经济社会的进步作出更大的贡献。