達(dá)林頓芯片告訴你什么是集成電路？集成電路，英文為Integrated Circuit，縮寫為IC；顧名思義，就是把一定數(shù)量的常用電子元件，如電阻、電容、晶體管等，以及這些元件之間的連線，通過半導(dǎo)體工藝集成在一起的具有特定功能的電路。
為什么會產(chǎn)生集成電路？我們知道任何發(fā)明創(chuàng)造背后都是有驅(qū)動力的，而驅(qū)動力往往來源于問題。那么集成電路產(chǎn)生之前的問題是什么呢？我們看一下1946年在美國誕生的世界上一臺電子計算機(jī)，它是一個占地150平方米、重達(dá)30噸的龐然大物，里面的電路使用了17468只電子管、7200只電阻、10000只電容、50萬條線，耗電量150千瓦。
顯然，占用面積大、無法移動是它直觀和突出的問題；如果能把這些電子元件和連線集成在一小塊載體上該有多好！我們相信，有很多人思考過這個問題，也提出過各種想法。典型的如英國雷達(dá)研究所的科學(xué)家達(dá)默，他在1952年的一次會議上提出：
可以把電子線路中的分立元器件，集中制作在一塊半導(dǎo)體晶片上，一小塊晶片就是一個完整電路，這樣一來，電子線路的體積就可大大縮小，可靠性大幅提高。這就是初期集成電路的構(gòu)想，晶體管的發(fā)明使這種想法成為了可能，1947年在美國貝爾實驗室制造出來了一個晶體管，而在此之前要實現(xiàn)電流放大功能只能依靠體積大、耗電量大、結(jié)構(gòu)脆弱的電子管。
晶體管具有電子管的主要功能，并且克服了電子管的上述缺點，因此在晶體管發(fā)明后，很快就出現(xiàn)了基于半導(dǎo)體的集成電路的構(gòu)想，也就很快發(fā)明出來了集成電路。杰克·基爾比（Jack Kilby）和羅伯特·諾伊斯（Robert Noyce）在1958~1959期間分別發(fā)明了鍺集成電路和硅集成電路。
現(xiàn)在，集成電路已經(jīng)在各行各業(yè)中發(fā)揮著非常重要的作用，是現(xiàn)代信息社會的基石。集成電路的含義，已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了其剛誕生時的定義范圍，但其核心的部分，仍然沒有改變，那就是“集成”，其所衍生出來的各種學(xué)科，大都是圍繞著“集成什么”、“如何集成”、“如何處理集成帶來的利弊”這三個問題來開展的。
硅集成電路是主流，就是把實現(xiàn)某種功能的電路所需的各種元件都放在一塊硅片上，所形成的整體被稱作集成電路。對于“集成”，想象一下我們住過的房子可能比較容易理解：很多人小時候都住過農(nóng)村的房子，那時房屋的主體也許就是三兩間平房，發(fā)揮著臥室的功能，門口的小院子擺上一副桌椅，就充當(dāng)客廳，旁邊還有個炊煙裊裊的小矮屋，那是廚房，而具有獨特功能的廁所，需要有一定的隔離，有可能在房屋的背后，要走上十幾米……
后來，到了城市里，或者鄉(xiāng)村城鎮(zhèn)化，大家都住進(jìn)了樓房或者套房，一套房里面，有客廳、臥室、廚房、衛(wèi)生間、陽臺，也許只有幾十平方米，卻具有了原來占地幾百平方米的農(nóng)村房屋的各種功能，這就是集成。
當(dāng)然現(xiàn)如今的集成電路，其集成度遠(yuǎn)非一套房能比擬的，或許用一幢摩登大樓可以更好地類比：地面上有商鋪、辦公、食堂、酒店式公寓，地下有幾層是停車場，停車場下面還有地基——這是集成電路的布局，模擬電路和數(shù)字電路分開，處理小信號的敏感電路與翻轉(zhuǎn)頻繁的控制邏輯分開，電源單獨放在一角。
每層樓的房間布局不一樣，走廊也不一樣，有回字形的、工字形的、幾字形的——這是集成電路器件設(shè)計，低噪聲電路中可以用折疊形狀或“叉指”結(jié)構(gòu)的晶體管來減小結(jié)面積和柵電阻。
各樓層直接有高速電梯可達(dá)，為了效率和功能隔離，還可能有多部電梯，每部電梯能到的樓層不同——這是集成電路的布線，電源線、地線單獨走線，負(fù)載大的線也寬；時鐘與信號分開；每層之間布線垂直避免干擾；CPU與存儲之間的高速總線，相當(dāng)于電梯，各層之間的通孔相當(dāng)于電梯間……
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