数字集成电路的发展历程和应用

数字集成电路（Digital IC）具有集成度极高、体积很小、功耗超低、系统可靠性高及便于电子系统（如计算机）处理等特点。数字集成电路（如 CPU 芯片、DSP芯片、SoC芯片、各种存储芯片或专门功能模组芯片等）被广泛用于通信、军事、医疗、工业数控、消费电子、航空航天、物联网、机器人与人工智能等各个领域。

第一块商业化基于 CMOS 技术的数字集成电路 4000 系列于 1968 年由美国RCA 公司推出。Intel 公司 1970 年发布了采用 10μmpMOS 工艺的 1103 芯片，并于1971 年量产，产品为 1Kbit 容量的动态随机存取存储器 (DynamicRandomAccess Memory, DRAM)，标志了大规模集成电路（LSI，一块芯片上的晶体管数大于500）的出现；1971年，Intel 推出了全球第一个微处理器 4004，其上集成了2300 个晶体管；1980年，超大规模集成电路(VLSI,一块芯片上的晶体管数大于10⁴）问世;1989年，特大规模集成电路（ULSI，一块芯片上的晶体管数大于10⁶)时代到来；2005 年，一块数字集成电路的规模超过了 10 亿个元器件（一块芯片上的晶体管数大于 10⁹），即进入了巨大规模的 SoC 产品时代。

数字集成电路通常是由各种功能模块组成的。例如，数字存储器（ROM 或RAM)是由若干存储单元集成的；SoC 是由 CPU、若干标准单元 ( StandardCell)、数字存储器、输入/输出接口单元（I/O Cell)和其他 IP 模块等构成的。

数字集成电路产品类型多种多样，它们的功能性能及其适用范围也不尽相同。20世纪90 年代产品以 CPU/DSP、存储器、微控制器 ( Microcontroller Unit,MCU)/微处理器 （ Microprocessor Unit, MPU)和 ASIC 等设计为主，应用范围侧重于“3C”，即计算机、通信和消费 ( Computer, Communication, Consumer)市场。早期的 ASIC芯片设计则以专用目的为主，例如大量用于计算机显示器、电视机的 CGA、VGA 芯片等。同时，随着各种家电和消费电子产品对芯片需求的日益增长，而各种家电和消费电子产品对操作系统的要求简单，MCU 和 MPU 设计从而得到发展。21 世纪初期，SoC概念得到重视和大力推广，人们热衷将PCB 上的多个独立芯片，如 CPU、存储器集成到一块芯片上,大大推动了智能电子产品的进展。近5年来，更加复杂的系统设计不断呈现，基于 GPU、异构系统架构和卷积神经网络等的数字产品已经出现。

审核编辑：汤梓红