一、世界集成电路产业结构的变化及其发展历程

自1958年美国德克萨斯仪器公司(TI)发明集成电路（IC）后，随着硅平面技术的发展，二十世纪六十年代先后发明了双极型和MOS型两种重要的集成电路，它标志着由电子管和晶体管制造电子整机的时代发生了量和质的飞跃，创造了一个前所未有的具有极强渗透力和旺盛生命力的新兴产业集成电路产业。
　　
回顾集成电路的发展历程，我们可以看到，自发明集成电路至今40多年以来，"从电路集成到系统集成"这句话是对IC产品从小规模集成电路（SSI）到今天特大规模集成电路（ULSI）发展过程的最好总结，即整个集成电路产品的发展经历了从传统的板上系统（System-on-board）到片上系统（System-on-a-chip）的过程。在这历史过程中，世界IC产业为适应技术的发展和市场的需求，其产业结构经历了三次变革。
　　
第一次变革：以加工制造为主导的IC产业发展的初级阶段。
　　
70年代，集成电路的主流产品是微处理器、存储器以及标准通用逻辑电路。这一时期IC制造商（IDM）在IC市场中充当主要角色，IC设计只作为附属部门而存在。这时的IC设计和半导体工艺密切相关。IC设计主要以人工为主，CAD系统仅作为数据处理和图形编程之用。IC产业仅处在以生产为导向的初级阶段。
　　
第二次变革：Foundry公司与IC设计公司的崛起。
　　
80年代，集成电路的主流产品为微处理器（MPU）、微控制器（MCU）及专用IC（ASIC）。这时，无生产线的IC设计公司（Fabless）与标准工艺加工线（Foundry）相结合的方式开始成为集成电路产业发展的新模式。
　　
随着微处理器和PC机的广泛应用和普及（特别是在通信、工业控制、消费电子等领域），IC产业已开始进入以客户为导向的阶段。一方面标准化功能的IC已难以满足整机客户对系统成本、可靠性等要求，同时整机客户则要求不断增加IC的集成度，提高保密性，减小芯片面积使系统的体积缩小，降低成本，提高产品的性能价格比，从而增强产品的竞争力，得到更多的市场份额和更丰厚的利润；另一方面，由于IC微细加工技术的进步，软件的硬件化已成为可能，为了改善系统的速度和简化程序，故各种硬件结构的ASIC如门阵列、可编程逻辑器件（包括FPGA）、标准单元、全定制电路等应运而生，其比例在整个IC销售额中1982年已占12％；其三是随着EDA工具（电子设计自动化工具）的发展，PCB设计方法引入IC设计之中，如库的概念、工艺模拟参数及其仿真概念等，设计开始进入抽象化阶段，使设计过程可以独立于生产工艺而存在。有远见的整机厂商和创业者包括风险投资基金（VC）看到ASIC的市场和发展前景，纷纷开始成立专业设计公司和IC设计部门，一种无生产线的集成电路设计公司（Fabless）或设计部门纷纷建立起来并得到迅速的发展。同时也带动了标准工艺加工线（Foundry）的崛起。全球第一个Foundry工厂是1987年成立的台湾积体电路公司，它的创始人张忠谋也被誉为"晶芯片加工之父"。
　　
第三次变革："四业分离"的IC产业
　　
90年代，随着INTERNET的兴起，IC产业跨入以竞争为导向的高级阶段，国际竞争由原来的资源竞争、价格竞争转向人才知识竞争、密集资本竞争。以DRAM为中心来扩大设备投资的竞争方式已成为过去。如1990年，美国以Intel为代表，为抗争日本跃居世界半导体榜首之威胁，主动放弃DRAM市场，大搞CPU，对半导体工业作了重大结构调整，又重新夺回了世界半导体霸主地位。这使人们认识到，越来越庞大的集成电路产业体系并不有利于整个IC产业发展，"分"才能精，"整合"才成优势。于是，IC产业结构向高度专业化转化成为一种趋势，开始形成了设计业、制造业、封装业、测试业独立成行的局面（如下图所示），近年来，全球IC产业的发展越来越显示出这种结构的优势。如台湾IC业正是由于以中小企业为主，比较好地形成了高度分工的产业结构，故自1996年，受亚洲经济危机的波及，全球半导体产业出现生产过剩、效益下滑，而IC设计业却获得持续的增长。

特别是96、97、98年持续三年的DRAM的跌价、MPU的下滑，世界半导体工业的增长速度已远达不到从前17％的增长值，若再依靠高投入提升技术，追求大尺寸硅片、追求微细加工，从大生产中来降低成本，推动其增长，将难以为继。而IC设计企业更接近市场和了解市场，通过创新开发出高附加值的产品，直接推动着电子系统的更新换代；同时，在创新中获取利润，在快速、协调发展的基础上积累资本，带动半导体设备的更新和新的投入；IC设计业作为集成电路产业的"龙头"，为整个集成电路产业的增长注入了新的动力和活力。

二、IC的分类

IC按功能可分为：数字IC、模拟IC、微波IC及其他IC，其中，数字IC是近年来应用最广、发展最快的IC品种。数字IC就是传递、加工、处理数字信号的IC，可分为通用数字IC和专用数字IC。
　　
通用IC：是指那些用户多、使用领域广泛、标准型的电路，如存储器（DRAM）、微处理器（MPU）及微控制器（MCU）等，反映了数字IC的现状和水平。
　　
专用IC（ASIC）：是指为特定的用户、某种专门或特别的用途而设计的电路。
目前，集成电路产品有以下几种设计、生产、销售模式。
　　
1．IC制造商（IDM）自行设计，由自己的生产线加工、封装，测试后的成品芯片自行销售。
　　
2．IC设计公司（Fabless）与标准工艺加工线（Foundry）相结合的方式。设计公司将所设计芯片最终的物理版图交给Foundry加工制造，同样，封装测试也委托专业厂家完成，最后的成品芯片作为IC设计公司的产品而自行销售。打个比方，Fabless相当于作者和出版商，而Foundry相当于印刷厂，起到产业"龙头"作用的应该是前者。

三、什么是IC设计？

IC设计是将系统、逻辑与性能的设计要求转化为具体的物理版图的过程，也是一个把产品从抽象的过程一步步具体化、直至最终物理实现的过程。为了完成这一过程，人们研究出了层次化和结构化的设计方法：层次化的设计方法能使复杂的系统简化，并能在不同的设计层次及时发现错误并加以纠正；结构化的设计方法是把复杂抽象的系统划分成一些可操作的模块，允许多个设计者同时设计，而且某些子模块的资源可以共享。

四、IC设计与软件开发

一个简单的例子
//verilog HDL for bym4,beh10_behavioral
module beh10(r);
output r;
reg r;
reg [2;0]i;
initial
begin
r=0;
for (i=0,i<=5,i=i+1)
r=#(i*10)i[0];
end
endmodule
　　
这段用硬件描述语言编制的源程序模块经编译后，通过EDA软件，完成的逻辑级描述和电路级描述，最后形成版图文件，根据版图文件制作掩膜版，在特定的工艺条件下加工制造，封装测试后的成品芯片具有以下功能：若从芯片的某个特定引脚输入周期为10的脉冲方波r，则从芯片的另一个特定引脚输出如下波形：


IC设计与软件开发的相同之处
　　
（1） 使用的工具。IC设计领域中，EDA软件与计算机已居于主导地位。如上面波形图的例子所示，用运行于计算机上的硬件描述语言（HDL）来进行IC设计，现有的HDL语言如VHDL、Verilog HDL等均与PC软件开发工具C语言类似。
（2） 开发过程。目前，IC的设计多采用"自顶向下"的设计方法，逐步细化功能和模块，直至设计环境能够提供的各类单元库；整个过程与软件开发相同。
（3） 最终产品。与软件一样，IC设计最终的产品将以一种载体体现，对于软件来说是磁盘中的二进制可执行代码，对于IC来说就是满足用户速度与功能乘积（衡量IC设计水平的重要标志："速度功耗积"）的芯片。软件是通过硬件来体现的，硬件是软件的载体；对于IC设计企业来说，如果没有Foundry线代为加工的芯片，那么其设计成果将无法体现，皮之不存，毛将焉附。

五、IC设计流程


五、IC设计产业化实例-HDTV

HDTV系统中最能体现我国自主知识产权的部分是HDTV接收机中的核心部件——信道解码芯片，从实现的方式来看，目前主要是一种固化在芯片中的算法；从结构来看，由四块FPGA（现场可编程门阵列）芯片搭建而成，每块的价格约为2万元人民币，使HDTV接收机的成本远远高于普通百姓所能承受的价格，成为HDTV技术产业化、应用普及化的瓶颈。如采用全定制方法设计出专用芯片，则这一部分的价格将降至80～20美元，而且也能充分体现我国的自主知识产权，有巨大的经济效益和社会效益。

六、以设计业为"龙头"的世界IC产业发展的大趋势
　　
任何一个新的产业的形成都是技术进步的结果，并在市场需求的推动下得以生存、发展；其中不外乎是由于原产业结构不适应市场及生产力发展而被分离，最终单独成行成业的。IC设计业也是这样。
　　
事实证明，自IC设计公司诞生以来，其灵活的经营模式显示出旺盛的生命力，由于船小掉头快，紧跟世界热点的半导体应用市场，注重于产品的创新设计，再加上相关的Foundry公司服务体系逐趋完善和加工价格便宜，使其以超常速度发展，并体现出以下特点和发展趋势：
　　
      (1) 龙头性
　　IC设计是研究和开发IC的第一步，也是最重要的一步。没有成功的设计，就没有成功的产品。一个好的IC产品需要设计、工艺、测试、封装等一整套工序的密切配合，但设计是第一道。
　　(2) 市场性
　　IC设计在整个集成电路产业链中是最接近应用市场的环节，通过拓展新的应用领域，带动整个产业的发展跃上一个新的台阶。
　　(3) 创造性
　　IC设计是一项创造力极强的工作。对于每一个品种来说，都是一个新的挑战，这有别于IC生产制造工艺。
　　(4) 更新性
　　IC设计技术日新月异。软件技术特别是辅助设计软件（EDA）也是每2～3年就有一个比较大的更新。
　　(5) 紧迫性
　　一般说来，一个IC的工艺加工周期是固定的。要想快速地开发出适销对路的产品，其速度决定于设计。所以设计师所面临的是以最快的速度设计出正确的、效益最大（成本最低）的产品。
　　(6) 合作性
　　由于技术的发展，在IC设计中的分工合作就显得越来越重要。任何人都不可能成为所有设计阶段的专家，而只能成为某一方面（如逻辑、版图、建库）的专家。一个成功的设计必须由多个专家的共同努力才能完成。
　　(7) 风险性
　　IC设计师在产品的开发中所担的风险是很大的，任何一点失误都会带来产品开发的失败。
　　(8) 竞争性
　　一是设计技术不断更新，二是软件不断推陈出新，平均每五年就有一代新技术面世，所以IC设计企业只有不断地进取，才能跟上时代的发展。

什么叫微电子技术？

微电子技术是在半导体材料芯片上采用微米级加工工艺制造微小型化电子元器件和微型化电路技术。
微电子技术主要包括哪些内容？
　　
主要包括超精细加工技术、薄膜生长和控制技术、高密度组装技术、过程检测和过程控制技术等。