本书按知识谱系分为芯片设计、制造、封测、软件工具、材料装备、产业投资、企业运营，以及政策规划等十大类、近百个小专题。在知识全面覆盖产业链的同时，对芯片设计作为产业“龙头”、处理器作为芯片之“冠”、EDA 作为设计之“笔”、光刻机作为装备之“巅”、鳍式场效应晶体管（FinFET）作为制造之“拱门”、科创板芯片概念等产业重点、技术卡点和社会热点，进行“庖丁解牛”式的融贯，达到化繁为简、以微知著地普及和传播芯片知识的目的。本书内容详细，兼具全面性和系统性、科学性和趣味性、开放性和可读性，可作为集成电路和电子信息专业读者的入门读物，对于各级政府主管部门，投融资行业和社会各界对集成电路行业感兴趣的读者来说，本书也具有非常好的科普价值。

序 言 科技是第一生产力，人才是第一资源，创新是第一动力。目前各大国都把芯片作为战略性产业支撑国家发展与竞争，颇为需要一本全面、易懂的科普读物，来满足社会不同层面、不同人群了解半导体、集成电路行业的迫切需求。半导体、集成电路行业也需要更多的英才献身和投入。《走向芯世界》站在全局立体视角，从产业链整体角度，对国内外集成电路发展的来龙去脉、未来的走向趋势进行了概括，对芯片设计、制造、封测、装备材料、EDA、IP 等诸多产业分支，结合 CPU 处理器、鳍式场效应晶体管（FinFET）、光刻机等典型产品和代表性企业，逐章进行了深入浅出的介绍，同时也叙及了政策规划、投融资体系、人才建设、知识产权、国际合作等产业环境。 本书编著者所在的上海硅知识产权交易中心，也是中国半导体行业协会知识产权工作部，宣传普及行业知识是其份内工作之一。本书入选了工业和信息化部电子司与中国工信出版传媒集团牵头合作的“集成电路走向芯世界 知识赋能工程”，希望本书对鼓励集成电路产业各领域创新、助力芯片行业发展起到积极作用。 中国半导体行业协会首任秘书长 徐小田 2022 年 10 月于北京 前 言 走向“芯”世界。 走向芯片的物理世界，走向芯片的产业天地。 本书从四个方面介绍“芯”世界。一是探究芯片的前世今生和未来趋势。 第 1 章结合“科创板风口上的中国芯片行业”等当前社会热点，对集成电路方方面面做整体性的介绍。二是探查芯片的“秘密”，芯片的工作原理是什么，“黑壳子”里面有什么？其中第 2 章介绍集成电路中的半导体器件，第 5 章和第 7 章分别介绍数字集成电路和模拟集成电路的基础知识。三是探讨芯片产业链的各个环节和关联性以及有代表性的产品，其中第 3、4 章分别介绍一些有代表性的基础工艺和制造工艺，第 6 章介绍存储器的设计，第 8 章介绍电子设计自动化软件EDA，第9章阐述封测技术与可靠性。四是探索芯片产业发展的规律和芯片对社会发展不可替代的支撑作用。第 10 章结合芯片发展的一些热点，探讨人工智能、汽车电子、硅知识产权、人才教育、资本政策等话题。 本书是一本团队合作的科普性质入门级通俗读物，其初衷是帮助不太具备芯片专业背景的各行各业人士快捷、轻松地了解芯片知识。在数字经济时代，本书的编写是对芯片知识普及的一次尝试和探索，因此我们也得到了工业和信 息化部电子司与中国工信出版传媒集团牵头合作的“集成电路知识赋能工程”的无私支持。为了在近百个短短数百字的小段落中，说清楚林林总总的“芯”世界，本书可能损失了若干概念和技术的精准描述，化繁为简，以求在表达上 生动形象、活泼易懂。 为了更形象地说明书里面的内容，编著者与上海教育出版社和科学声音自媒体联盟联合制作了《大话集成电路》系列百秒小视频，大家可以配合本书观看学习；或者浏览编著者所在单位上海硅知识产权交易中心开发的“上海市集成电路高技能人才培养基地集成电路设计培训课程”，获得有关对集成电路知识更全面、科学的介绍。 本书在描述历史、事实时参考了网站公开资料和有关单位成果，由于本书覆盖面十分广泛，可能因疏漏没有一一列出，在此特对前人的工作和贡献致以崇高谢意。教育、科技、人才密不可分。最后，对中国半导体行业协会的前辈 徐小田先生二十年来所给予的关心和帮助，对电子工业出版社的柴燕社长和钱维扬编辑等在出版中的鼓励和支持，表示衷心的感谢。 编著者

第 1 章 一颗奔腾的心：集成电路面面观 / 1 集成电路的发明：微观世界真奇妙 / 1 集成电路发展的动力 / 3 再议神奇的摩尔定律 / 6 集成电路产业有多大 / 7 谁是大玩家：世界十大半导体公司 / 9 价比飞机的光刻机：造得飞机，造不了光刻机 / 13 什么是我国的芯片“卡脖子”问题 / 15 科创板风口上的中国芯片行业 / 17 美国芯片行业可以“闭门造车”吗 / 18 芯片的服务对象：软件 / 19 集成电路的未来出路 / 21 第 2 章 集成电路中的半导体器件 / 24 PN 结 / 24 双极型晶体管 / 26 MOS 管 / 27 集成电路中的无源元件 / 29 芯片有多少种？——半导体与集成电路的异同 / 30 12 英寸和 5 nm，到底是什么 / 32 LED：我也叫芯片 / 34 化合物半导体 / 35 谁是集成电路的专利发明人：TI 和仙童的“双黄蛋”之争 / 37 第 3 章 集成电路的基础工艺 / 39 采用硅单晶制造集成电路的理由 / 39 氧化、扩散和离子注入技术 / 40 绘制精细图形的光刻技术 / 42 刻蚀技术 / 43 薄膜淀积技术 / 44 大硅片制造有多难 / 46 从 0 到 1：异军突起的中国军团 / 48 第 4 章 集成电路的制造工艺 / 50 集成电路制造入门：双极型集成电路 / 50 集成电路制造进阶一：MOS 集成电路 / 52 集成电路制造进阶二：CMOS 集成电路 / 54 多层布线 / 56 布线的转轨：从铝到铜 / 57 站起来的晶体管：鳍式场效应晶体管 FinFET / 59 已经到来的下一代晶体管：全栅场效应晶体管 GAAFET / 61 胡正明的故事 / 62 刊登于《科学》杂志的复旦大学发明： 半浮栅晶体管（SFGT） / 63 应用材料 Applied Materials：我的主业是装备 / 65 “不能倒下”的台积电 / 67 中国集成电路业的“筚路蓝缕” / 69 第 5 章 数字集成电路 / 75 数字集成电路：0 与 1 的对话 / 75 数字集成电路的基本法则 / 76 集成电路的抽象层级化：大道若简 / 77 CMOS 基本门电路的分类 / 79 典型的组合逻辑电路 / 82 时序逻辑电路基础 / 83 时钟：数字电路的“脉搏” / 85 最简单的数字电路组合——计数器 / 86 数字集成电路设计“接力赛”——设计流程 / 87 专用集成电路的设计 / 89 微处理器的设计 / 91 CISC 和 RISC / 92 处理器的开源时代 / 94 Intel 原来是“火星人” / 95 第 6 章 存储器的设计 / 97 算来算去，存进存出：数据存储的意义 / 97 从书库、书架、书桌到口袋书：存储的层次结构 / 98 得存储者，三分“芯”天下 / 99 存储器的产品、种类 / 100 站在同一起跑线上的新型存储器 / 102 DRAM 存储器引发日美芯片霸主之争 / 104 闪存：“存储王”三星的第二棒 / 106 中国军团的存储破垒 / 108 第 7 章 模拟集成电路 / 111 与真实世界的对话窗口：模拟集成电路 / 111 基础模拟集成电路：放大器 / 113 模数转换器（ADC） / 115 数模转换器（DAC） / 116 5G 射频芯片：艺术家的设计 / 117 我们的第一个翻身仗：电源管理芯片 / 119 德州仪器才是“武当真人”：利润之神 / 120 第 8 章 集成电路设计的 EDA 技术 / 122 EDA 工具的主要构成 / 122 数字电路设计全流程 EDA 工具 / 124 模拟与混合电路设计全流程 EDA 工具 / 126 集成电路制造类 EDA 工具 / 127 数字设计验证的性能比赛：仿真 / 128 买买买：国际 EDA 并购史 / 130 中国 EDA 初现大本营：上海 / 132 第 9 章 封测技术与可靠性 / 135 装在“防护服”里的芯才安全：封装 / 135 一颗芯，百件衣 / 136 引线框架封装 / 138 倒装焊与球栅阵列封装 / 139 晶圆级芯片规模封装 / 140 多芯片封装，让芯片住上套房和楼房 / 141 “零缺陷”的汽车芯片封装 / 143 芯片测试：说你行，你就行 / 144 JEDEC 是什么？国际封装标准 / 145 已经坐在牌桌上的中国封测业 / 147 第 10 章 SoC 大一统时代与产业的明天 / 149 像搭积木一样设计 SoC 芯片 / 149 “积木”千万种：硅知识产权 IP 核的定义与分类 / 152 IP 之巅：处理器 IP 核 / 154 人工智能的算力：从 CPU、GPU 到 DPU / 155 集成电路的另一个增长极：汽车 / 157 资本的力量：集成电路投资的盛宴 / 160 为什么 2021 年芯片短缺：芯片的经济属性 / 163 何谓硅知识产权：芯片就是知识产权，知识产权就是芯片 / 164 中国集成电路发展方向，最好的大学有哪些 / 166 产教融合、职业教育奏响集成电路人才培养新篇章 / 168 百花齐放：中国芯片的时代舞台 / 170 国家的期盼 / 171