什么叫集成电路

集成电路（英语：integrated circuit，缩写作 IC），或称微电路（microcircuit）、微芯片（microchip）、晶片/芯片（chip）在电子学中是一种把电路（主要包括半导体设备，也包括被动组件等）小型化的方式，并时常制造在半导体晶圆表面上。

晶体管发明并大量生产之后，各式固态半导体组件如二极管、晶体管等大量使用，取代了真空管在电路中的功能与角色。到了20世纪中后期半导体制造技术进步，使得集成电路成为可能。相对于手工组装电路使用个别的分立电子组件，集成电路可以把很大数量的微晶体管集成到一个小芯片，是一个巨大的进步。集成电路的规模生产能力，可靠性，电路设计的模块化方法确保了快速采用标准化集成电路代替了设计使用离散晶体管。集成电路对于离散晶体管有两个主要优势：成本和性能。成本低是由于芯片把所有的组件通过照相平版技术，作为一个单位印刷，而不是在一个时间只制作一个晶体管。性能高是由于组件快速开关，消耗更低能量，因为组件很小且彼此靠近。

2006年，芯片面积从几平方毫米到350 mm²，每mm²可以达到一百万个晶体管。第一个集成电路雏形是由杰克·基尔比于1958年完成的，其中包括一个双极性晶体管，三个电阻和一个电容器，相较于现今科技的尺寸来讲，体积相当庞大。

电子显微镜下碳纳米管微计算机芯片体的场效应画面根据一个芯片上集成的微电子器件的数量，集成电路可以分为以下几类：

小型集成电路（SSI英文全名为Small Scale Integration）：逻辑门10个以下或 晶体管100个以下。

中型集成电路（MSI英文全名为Medium Scale Integration）：逻辑门11~100个或 晶体管101~1k个。

大规模集成电路（LSI英文全名为Large Scale Integration）：逻辑门101~1k个或 晶体管1,001~10k个。

超大规模集成电路（VLSI英文全名为Very large scale integration）：逻辑门1,001~10k个或 晶体管10,001~100k个。极大规模集成电路（ULSI英文全名为Ultra Large Scale Integration）：逻辑门10,001~1M个或 晶体管100,001~10M个。

GLSI（英文全名为Giga Scale Integration）：逻辑门1,000,001个以上或晶体管10,000,001个以上。

而根据处理信号的不同，可以分为模拟集成电路、数字集成电路、和兼具模拟与数字的混合信号集成电路。

一、简介

集成电路（英语：integrated circuit, IC）、或称微电路（microcircuit）、 微芯片（microchip）、芯片（chip）在电子学中是一种把电路（主要包括半导体设备，也包括被动组件等）小型化的方式，并通常制造在半导体晶圆表面上。前述将电路制造在半导体芯片表面上的集成电路又称薄膜（thin-film）集成电路。另有一种厚膜（thick-film）混成集成电路（hybrid integrated circuit）是由独立半导体设备和被动组件，集成到衬底或线路板所构成的小型化电路。本文是关于单片（monolithic）集成电路，即薄膜集成电路。

二、分类

晶体管发明并大量生产之后，各式固态半导体组件如二极管、晶体管等大量使用，取代了真空管在电路中的功能与角色。到了20世纪中后期半导体制造技术进步，使得集成电路成为可能。相对于手工组装电路使用个别的分立电子组件，集成电路可以把很大数量的微晶体管集成到一个小芯片，是一个巨大的进步。集成电路的规模生产能力，可靠性，电路设计的模块化方法确保了快速采用标准化IC 代替了设计使用离散晶体管。

IC 对于离散晶体管有两个主要优势：成本和性能。成本低是由于芯片把所有的组件通过照相平版技术，作为一个单位印刷，而不是在一个时间只制作一个晶体管。性能高是由于组件快速开关，消耗更低能量，因为组件很小且彼此靠近。2006年，芯片面积从几平方毫米到350 mm²，每mm²可以达到一百万个晶体管。

第一个集成电路雏形是由杰克·基尔比于1958年完成的，其中包括一个双极性晶体管，三个电阻和一个电容器。

根据一个芯片上集成的微电子器件的数量，集成电路可以分为以下几类：

小规模集成电路

SSI 英文全名为 Small Scale Integration, 逻辑门10个以下 或 晶体管 100个以下。

中规模集成电路

MSI 英文全名为 Medium Scale Integration, 逻辑门11~100个 或 晶体管 101~1k个。

大规模集成电路

LSI 英文全名为 Large Scale Integration, 逻辑门101~1k个 或 晶体管 1,001~10k个。

超大规模集成电路

VLSI 英文全名为 Very large scale integration, 逻辑门1,001~10k个 或 晶体管 10,001~100k个。

甚大规模集成电路

ULSI 英文全名为 Ultra Large Scale Integration, 逻辑门10,001~1M个 或 晶体管 100,001~10M个。

GLSI 英文全名为 Giga Scale Integration, 逻辑门1,000,001个以上 或 晶体管10,000,001个以上。

而根据处理信号的不同，可以分为模拟集成电路、数字集成电路、和兼具模拟与数字的混合信号集成电路。

三、发展

最先进的集成电路是微处理器或多核处理器的"核心(cores)",可以控制电脑到手机到数字微波炉的一切。存储器和ASIC是其他集成电路家族的例子，对于现代信息社会非常重要。虽然设计开发一个复杂集成电路的成本非常高，但是当分散到通常以百万计的产品上，每个IC的成本最小化。IC的性能很高，因为小尺寸带来短路径，使得低功率逻辑电路可以在快速开关速度应用。

这些年来，IC 持续向更小的外型尺寸发展，使得每个芯片可以封装更多的电路。这样增加了每单位面积容量，可以降低成本和增加功能－见摩尔定律，集成电路中的晶体管数量，每两年增加一倍。总之，随着外形尺寸缩小，几乎所有的指标改善了－单位成本和开关功率消耗下降，速度提高。但是，集成纳米级别设备的IC不是没有问题，主要是泄漏电流（leakage current）。因此，对于最终用户的速度和功率消耗增加非常明显，制造商面临使用更好几何学的尖锐挑战。这个过程和在未来几年所期望的进步，在半导体国际技术路线图（ITRS）中有很好的描述。

越来越多的电路以集成芯片的方式出现在设计师手里，使电子电路的开发趋向于小型化、高速化。越来越多的应用已经由复杂的模拟电路转化为简单的数字逻辑集成电路。

四、应用

1、计算机芯片

如果把中央处理器CPU比喻为整个电脑系统的心脏，那么主板上的芯片组就是整个身体的躯干。对于主板而言，芯片组几乎决定了这块主板的功能，进而影响到整个电脑系统性能的发挥，芯片组是主板的灵魂。

芯片组（Chipset）是主板的核心组成部分，按照在主板上的排列位置的不同，通常分为北桥芯片和南桥芯片。北桥芯片提供对CPU的类型和主频、内存的类型和最大容量、ISA/PCI/AGP插槽、ECC纠错等支持。南桥芯片则提供对KBC（键盘控制器）、RTC（实时时钟控制器）、USB（通用串行总线）、Ultra DMA/33(66)EIDE数据传输方式和ACPI（高级能源管理）等的支持。其中北桥芯片起着主导性的作用，也称为主桥（Host Bridge）。

2、生物芯片

与PCR技术一样，芯片技术已经开展和将要开展的应用领域非常的广泛。生物芯片的第一个应用领域是检测基因表达。但是将生物分子有序地放在芯片上检测生化标本的策略是具有广泛的应用领域，除了基因表达分析外，杂交为基础的分析已用于基因突变的检测、多态性分析、基因作图、进化研究和其它方面的应用，微阵列分析还可用于检测蛋白质与核酸、小分子物质及与其它蛋白质的结合，但这些领域的应用仍待发展。对基因组DNA进行杂交分析可以检测DNA编码区和非编码区单个碱基改变、确失和插入，DNA杂交分析还可用于对DNA进行定量，这对检测基因拷贝数和染色体的倍性是很重要的[2]。

3、人脑芯片

几十年来，科学家一直“训练”电脑，使其能够像人脑一样思考。这种挑战考验着科学的极限。IBM公司的研究人员18日表示，在将电脑与人脑结合在一起的研究道路上，他们取得了一项重大进展。

这家美国科技公司研制出两个芯片原型，与此前的PC和超级计算机采用的芯片相比，这些芯片处理数据的方式与人脑处理信息的方式更为接近。这两个芯片是一项为期6年的项目取得的一项具有里程碑意义的重大成就。共有100名研究人员参与这一项目，美国政府的国防高级研究计划局(DARPA)提供了4100万美元资金。IBM的投资数额并未对外公布。

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