1、现代电子信息技术的现状及发展趋势 2022-11-1012022-11-102 当前社会是信息社会，信息技术目前还没有一个十分统一的定义。从广义上讲，凡是与上述诸方面相关的技术都可以叫做从广义上讲，凡是与上述诸方面相关的技术都可以叫做信息技术，通常可分为四类，即信息技术，通常可分为四类，即感测技术、通信技术、计算感测技术、通信技术、计算机技术和控制技术。机技术和控制技术。所谓感测技术，是指对信息的传感、采集技术；所谓感测技术，是指对信息的传感、采集技术；通信技术是传递信息的技术；通信技术是传递信息的技术；计算机技术是处理、存储信息的技术；计算机技术是处理、存储信息的技术；控制技术则是使用与反馈
2、信息的技术。控制技术则是使用与反馈信息的技术。一般认为，信息技术就是一般认为，信息技术就是获取、处理、传递、储存、使获取、处理、传递、储存、使用用信息的技术。信息的技术。2022-11-103 信息技术的应用性很强，因此又常被称作“3C”技术、“3A”技术等等，此外还有此外还有“3D”之说。之说。3A是指工厂自动化是指工厂自动化(Factory Automation)、办公自动化、办公自动化(Office Automation)和家庭自动化和家庭自动化(Home Automation)。3C是指通信是指通信(Communication)、计算机、计算机(Computer)、控制、控制(Cont
3、rol)三种技术，它们的英文名称的第一个字母都是三种技术，它们的英文名称的第一个字母都是“C”，所以简称所以简称3C技术。技术。“3D”是指数字传输是指数字传输(Digital Transmission)、数字交换、数字交换(Digital Switching)、数字处理、数字处理(Digital Processing)三种数字技术。三种数字技术。2022-11-104信息技术的基本结构大致可概括为：信息技术的基本结构大致可概括为：n 计算机技术领域是核心；计算机技术领域是核心；n 电子技术是信息技术的关键支撑技术，其中包括电子技术是信息技术的关键支撑技术，其中包括微电子技术、光电子技术；微电
4、子技术、光电子技术；n 信息材料技术是基础信息技术，其中包括电子备信息材料技术是基础信息技术，其中包括电子备料以及光学材料技术；料以及光学材料技术；n 通信技术是信息技术的重要的直接组成部分。通信技术是信息技术的重要的直接组成部分。2022-11-105 电子技术是十九世纪末、二十世纪初开始发展起电子技术是十九世纪末、二十世纪初开始发展起来的新兴技术，二十世纪发展最迅速，应用最广泛，来的新兴技术，二十世纪发展最迅速，应用最广泛，成为近代科学技术发展的一个重要标志。进入成为近代科学技术发展的一个重要标志。进入2121世纪世纪，人们面临的是以微电子技术（半导体和集成电路为，人们面临的是以微电子技术
5、（半导体和集成电路为代表）电子计算机和因特网为标志的信息社会。高科代表）电子计算机和因特网为标志的信息社会。高科技的广泛应用使社会生产力和经济获得了空前的发展技的广泛应用使社会生产力和经济获得了空前的发展。现代电子技术在国防、科学、工业、医学、通讯（。现代电子技术在国防、科学、工业、医学、通讯（信息处理、传输和交流）及文化生活等各个领域中都信息处理、传输和交流）及文化生活等各个领域中都起着巨大的作用。现在的世界，电子技术无处不在，起着巨大的作用。现在的世界，电子技术无处不在，人们现在生活在电子世界中，一天也离不开它。人们现在生活在电子世界中，一天也离不开它。1 1电子技术电子技术电子技术电子技
6、术的应用的应用基本器件的两个发展阶段基本器件的两个发展阶段分立元件阶段（19051959）q真空电子管、半导体晶体管集成电路阶段（1959）qSSI、MSI、LSI、VLSI、ULSI主要阶段概述主要阶段概述 第一代电子第一代电子 产品以电子管为核心。四十年代末世界上诞生了第一只产品以电子管为核心。四十年代末世界上诞生了第一只半导体三极管，它以小巧、轻便、省电、寿半导体三极管，它以小巧、轻便、省电、寿 命长等特点，很快地被各国命长等特点，很快地被各国应用起来，在很大范围内取代了电子管。五十年代末期，世界上出现了第应用起来，在很大范围内取代了电子管。五十年代末期，世界上出现了第一块集成电路，它把
7、许多晶体管等电子元件集成在一块硅芯片上，使电子一块集成电路，它把许多晶体管等电子元件集成在一块硅芯片上，使电子产品向更小型化发展。集成电路从小规模集成电路迅速发展到大规模集成产品向更小型化发展。集成电路从小规模集成电路迅速发展到大规模集成电路和超大规模集成电路，从而使电子产品向着高效能低消耗、高精度、电路和超大规模集成电路，从而使电子产品向着高效能低消耗、高精度、高稳定、智能化的方向发展。高稳定、智能化的方向发展。分立元件阶段分立元件阶段电子管时代（19051948）q为现代技术采取了决定性步骤主要大事记主要大事记19051905年年 爱因斯坦阐述相对论爱因斯坦阐述相对论E Emcmc2 21
8、9061906年年 亚历山德森研制成高频交流发电机亚历山德森研制成高频交流发电机 德福雷斯特在弗菜明二极管上加栅极，制威第一只三极管德福雷斯特在弗菜明二极管上加栅极，制威第一只三极管19121912年年 阿诺德和兰米尔研制出高真空电子管阿诺德和兰米尔研制出高真空电子管19171917年年 坎贝尔研制成滤波器坎贝尔研制成滤波器19221922年年 弗里斯研制成第一台超外差无线电收音机弗里斯研制成第一台超外差无线电收音机19341934年年 劳伦斯研制成回旋加速器劳伦斯研制成回旋加速器19401940年年 帕全森和洛弗尔研制成电子模拟计算机帕全森和洛弗尔研制成电子模拟计算机19471947年年 肖
9、克莱、巴丁和布拉顿发明晶体管；香农奠定信息论的基础肖克莱、巴丁和布拉顿发明晶体管；香农奠定信息论的基础 真空电子管真空电子管分立元件阶段分立元件阶段晶体管时代（19481959）q宇宙空间的探索即将开始主要大事记主要大事记19471947年年 贝尔实验室的巴丁、布拉顿和肖克莱研制成第一个点接触型晶体管贝尔实验室的巴丁、布拉顿和肖克莱研制成第一个点接触型晶体管19481948年年 贝尔实验室的香农发表信息论的论文贝尔实验室的香农发表信息论的论文 英国采用英国采用EDSAGEDSAG计算机，这是最早的一种存储程序数字计算机计算机，这是最早的一种存储程序数字计算机19491949年年 诺伊曼提出自动
10、传输机的概念诺伊曼提出自动传输机的概念19501950年年 麻省理工学院的福雷斯特研制成磁心存储器麻省理工学院的福雷斯特研制成磁心存储器19521952年年 美国爆炸第一颗氢弹美国爆炸第一颗氢弹19541954年年 贝尔实验室研制太阳能电池和单晶硅贝尔实验室研制太阳能电池和单晶硅19571957年年 苏联发射第一颗人造地球卫星苏联发射第一颗人造地球卫星19581958年年 美国得克萨斯仪器公司和仙童公司宣布研制成第一个集成电路美国得克萨斯仪器公司和仙童公司宣布研制成第一个集成电路2022-11-10101947年年12月月23日日第一个晶体管第一个晶体管NPN Ge晶体管晶体管 W.Schok
11、ley J.Bardeen W.Brattain2022-11-10111958年第一块集成电路：年第一块集成电路：TI公司的公司的Kilby，12个器件，个器件，Ge晶片晶片集成电路阶段集成电路阶段时时 期期规规 模模集成度集成度（元件数）（元件数）5050年代末年代末小规模集成电路（小规模集成电路（SSISSI）1001006060年代年代中规模集成电路（中规模集成电路（MSIMSI）100010007070年代年代大规模集成电路（大规模集成电路（LSILSI）100010007070年代末年代末超大规模集成电路（超大规模集成电路（VLSIVLSI）10000100008080年代年代特大
12、规模集成电路（特大规模集成电路（ULSIULSI）100000100000 自1958年第一块集成元件问世以来，集成电路已经跨越了小、中、大、超大、特大、巨大规模几个台阶，集成度平均每2年提高近3倍。随着集成度的提高，器件尺寸不断减小。1985年，1兆位ULSI的集成度达到200万个元件，器件条宽仅为1微米；1992年，16兆位的芯片集成度达到了3200万个元件，条宽减到0.5微米，而后的64兆位芯片，其条宽仅为0.3微米。陕西师范大学物理学与信息技术学院陕西师范大学物理学与信息技术学院集成电路阶段集成电路阶段 集成电路制造技术的发展日新月异，其中最具有代表性的集成电路芯片主要包括以下几类，它
13、们构成了现代数字系统的基石。可编程逻辑器件（可编程逻辑器件（PLD）微控制芯片（微控制芯片（MCU）数字信号处理器（数字信号处理器（DSP）大规模存储芯片（大规模存储芯片（RAM/ROM）陕西师范大学物理学与信息技术学院陕西师范大学物理学与信息技术学院以集成电路为核心的电子信息产业超过了以汽车、石油、以集成电路为核心的电子信息产业超过了以汽车、石油、钢铁为代表的传统工业成为第一大产业，已经成为改造和拉钢铁为代表的传统工业成为第一大产业，已经成为改造和拉动传统产业迈向数字时代的强大引擎和雄厚基石。动传统产业迈向数字时代的强大引擎和雄厚基石。目前，发达国家国民经济总产值增长部分的目前，发达国家国民
14、经济总产值增长部分的65%与集成电与集成电路相关路相关,美国国防预算中的电子含量已占据了半壁江山。预计美国国防预算中的电子含量已占据了半壁江山。预计未来未来10年内，世界集成电路销售额将以年平均年内，世界集成电路销售额将以年平均15%的速度增的速度增长，长，2010年将达到年将达到60008000亿美元。亿美元。作为当今世界经济竞争的焦点，拥有自主知识产权的集成作为当今世界经济竞争的焦点，拥有自主知识产权的集成电路已日益成为经济发展的命脉、社会进步的基础、国际竞电路已日益成为经济发展的命脉、社会进步的基础、国际竞争的筹码和国家安全的保障。争的筹码和国家安全的保障。集成电路阶段集成电路阶段202
15、2-11-1014陕西师范大学物理学与信息技术学院陕西师范大学物理学与信息技术学院集成电路的集成度和产品性能每集成电路的集成度和产品性能每18个月增加一倍。据专个月增加一倍。据专家预测家预测,今后今后20年左右年左右,集成电路技术及其产品仍将遵循这一规集成电路技术及其产品仍将遵循这一规律发展。律发展。集成电路最重要的生产过程包括：集成电路最重要的生产过程包括：n 开发开发EDA(电子设计自动化电子设计自动化)工具工具n 利用利用EDA进行集成电路设计进行集成电路设计n 根据设计结果在硅圆片上加工芯片根据设计结果在硅圆片上加工芯片(主要流程为薄膜制造、主要流程为薄膜制造、曝光和刻蚀曝光和刻蚀)n
16、 对加工完毕的芯片进行测试对加工完毕的芯片进行测试n 为芯片进行封装为芯片进行封装n 最后经应用开发将其装备到整机系统上与最终消费者见最后经应用开发将其装备到整机系统上与最终消费者见面。面。集成电路阶段集成电路阶段2022-11-1015陕西师范大学物理学与信息技术学院陕西师范大学物理学与信息技术学院美国芯片微细加工技术目前正在从亚微米向纳米技术过渡，美国芯片微细加工技术目前正在从亚微米向纳米技术过渡，2002年年3月，月，Intel公司宣布其已采用公司宣布其已采用0.09微米工艺生产出面积仅为微米工艺生产出面积仅为1平方微米的平方微米的SRAM。超紫外光刻技术（超紫外光刻技术（EUV）被视为
17、是保证摩尔定律今后依旧适用）被视为是保证摩尔定律今后依旧适用的法宝。的法宝。EUV技术可使半导体制造商在芯片上蚀刻电路线的等级达技术可使半导体制造商在芯片上蚀刻电路线的等级达到到0.03微米。比现有制造技术所产生的芯片性能提高微米。比现有制造技术所产生的芯片性能提高100倍，存储倍，存储容量也可以达到目前的容量也可以达到目前的100倍以上。由倍以上。由Intel、IBM、摩托罗拉等公、摩托罗拉等公司所组成的企业联盟与美国三个国家实验室，一直致力司所组成的企业联盟与美国三个国家实验室，一直致力EUV的研发，的研发，投入开发经费已逾投入开发经费已逾2.5亿美元。亿美元。在各芯片厂商都以面积最小化、
18、功能最大化作为发展方向的趋在各芯片厂商都以面积最小化、功能最大化作为发展方向的趋势中，将整个电子系统全部集成到一块单芯片之中的势中，将整个电子系统全部集成到一块单芯片之中的SOC越来越呈越来越呈现出重要性。集微处理器、快闪存储器和数字信号处理器为一体的现出重要性。集微处理器、快闪存储器和数字信号处理器为一体的计算机芯片。这种高度集成的芯片将对手持计算机、移动电话和其计算机芯片。这种高度集成的芯片将对手持计算机、移动电话和其他移动设备的改进产生巨大影响。他移动设备的改进产生巨大影响。集成电路阶段集成电路阶段2022-11-1016陕西师范大学物理学与信息技术学院陕西师范大学物理学与信息技术学院
19、我国集成电路产业起步于我国集成电路产业起步于20世纪世纪60年代，年代，80年代中期我国集成年代中期我国集成电路的加工水平为电路的加工水平为5微米，其后，经历了微米，其后，经历了3、1、0.8、0.5、0.35微米微米的发展，目前达到了的发展，目前达到了0.18微米的水平，而当前国际水平为微米的水平，而当前国际水平为0.09微米微米（90纳米），我国与之相差约为纳米），我国与之相差约为2-3代。代。2001年全国集成电路产量为年全国集成电路产量为64亿块，销售额亿块，销售额200亿元人民币。亿元人民币。2002年年6月月,共有半导体企事业单位共有半导体企事业单位651家家,其中芯片制造厂其中芯
20、片制造厂46家家,封装、封装、测试厂测试厂108家家,设计公司设计公司367家家,分立器件厂商分立器件厂商130家家,从业人员从业人员11.5万人。万人。设计能力设计能力0.180.25微米、微米、700万门万门,制造工艺为制造工艺为8英寸、英寸、0.180.25微微米米,主流产品为主流产品为0.350.8微米。微米。与国外的主要差距：一是规模小，与国外的主要差距：一是规模小，2000年年,国内生产的芯片销售国内生产的芯片销售额仅占世界市场总额的额仅占世界市场总额的1.5%，占国内市场的，占国内市场的20%；二是档次低，；二是档次低，主流产品加工技术比国外落后两代；三是创新开发能力弱，设计、主
21、流产品加工技术比国外落后两代；三是创新开发能力弱，设计、工艺、设备、材料、应用、市场的开发能力均不十分理想，其结果工艺、设备、材料、应用、市场的开发能力均不十分理想，其结果是今天受制于人是今天受制于人,明天后劲乏力；四是人才欠缺。明天后劲乏力；四是人才欠缺。集成电路阶段集成电路阶段2022-11-1017陕西师范大学物理学与信息技术学院陕西师范大学物理学与信息技术学院2022-11-1018分分立立元元件件集成集成电路电路 I C 系系 统统 芯芯 片片System On A Chip(简称简称SOC)将整个系统集成在将整个系统集成在一个一个微电子芯片上微电子芯片上系统芯片系统芯片(SOC)与
22、集成与集成电路电路(IC)的设计思想是的设计思想是不同的，它是微电子技不同的，它是微电子技术领域的一场革命。术领域的一场革命。集成电路走向系统芯片集成电路走向系统芯片将敏感器、执行器与信息将敏感器、执行器与信息处理系统集成在一起，从处理系统集成在一起，从而完成信息获取、处理、而完成信息获取、处理、存储和执行的系统功能。存储和执行的系统功能。陕西师范大学物理学与信息技术学院陕西师范大学物理学与信息技术学院政府的策略：政府的策略：中共中央国务院关于加强技术创新，发展高中共中央国务院关于加强技术创新，发展高科技，实现产业化的决定科技，实现产业化的决定指出：指出：“突出高新技术产业领域突出高新技术产业
23、领域的自主创新，培育新的经济增长点，在电子信息特别是集成的自主创新，培育新的经济增长点，在电子信息特别是集成电路设计与制造、网络及通信、计算机及软件、数字化电子电路设计与制造、网络及通信、计算机及软件、数字化电子产品等方面，产品等方面，加强高新技术创新，形成一批拥有自主知加强高新技术创新，形成一批拥有自主知识产权、具有竞争优势的高新技术产业识产权、具有竞争优势的高新技术产业”。专家的共识：专家的共识：中国科学院、中国工程院专门成立了包括师昌中国科学院、中国工程院专门成立了包括师昌绪、王淀佐、王越、王阳元等绪、王淀佐、王越、王阳元等1010位院士组成的专家咨询组。位院士组成的专家咨询组。在大量调
24、查研究的基础上，专家们建议，我国在在大量调查研究的基础上，专家们建议，我国在“十五十五”期期间要像当年搞间要像当年搞“两弹一星两弹一星”一样，集中国家有限的人力和财一样，集中国家有限的人力和财力，开发有自主知识产权的新一代微电子核心工艺技术及产力，开发有自主知识产权的新一代微电子核心工艺技术及产品。品。专家的意见和政府的策略专家的意见和政府的策略EDAEDA技术技术 电子设计技术的核心就是电子设计技术的核心就是EDAEDA技术。技术。EDAEDA是指以计算机为工作平台，融合应用电子技术、是指以计算机为工作平台，融合应用电子技术、计算机技术、智能化技术最新成果而研制成的计算机技术、智能化技术最新
25、成果而研制成的电子电子CADCAD通用软件包，主要能辅助进行三方面通用软件包，主要能辅助进行三方面的设计工作，即的设计工作，即ICIC设计、电子电路设计和设计、电子电路设计和PCBPCB设计。设计。电子系统设计自动化电子系统设计自动化(ESDA)(ESDA)阶段（阶段（9090年代以后）：设计人员按照年代以后）：设计人员按照“自顶自顶向下向下”的设计方法，对整个系统进行方案设计和功能划分，系统的关键电的设计方法，对整个系统进行方案设计和功能划分，系统的关键电路用一片或几片专用集成电路（路用一片或几片专用集成电路（ASICASIC）实现，然后采用硬件描述语言）实现，然后采用硬件描述语言（HDLH
26、DL）完成系统行为级设计，最后通过综合器和适配器生成最终的目标）完成系统行为级设计，最后通过综合器和适配器生成最终的目标器件。器件。EDAEDA技术发展的三个阶段：技术发展的三个阶段：计算机辅助设计计算机辅助设计(CAD)(CAD)阶段（阶段（7070年代）：用计算机辅助进行年代）：用计算机辅助进行ICIC版图编辑、版图编辑、PCBPCB布局布线，取代了手工操作。布局布线，取代了手工操作。计算机辅助工程计算机辅助工程(CAE)(CAE)阶段（阶段（8080年代）：与年代）：与CADCAD相比，相比，CAECAE除了有纯粹除了有纯粹的图形绘制功能外，又增加了电路功能设计和结构设计，并且通过电气的
27、图形绘制功能外，又增加了电路功能设计和结构设计，并且通过电气连接网络表将两者结合在一起，实现了工程设计。连接网络表将两者结合在一起，实现了工程设计。CAECAE的主要功能是：的主要功能是：原理图输入，逻辑仿真，电路分析，自动布局布线，原理图输入，逻辑仿真，电路分析，自动布局布线，PCBPCB后分析。后分析。ARM开发板开发板陕西师范大学物理学与信息技术学院陕西师范大学物理学与信息技术学院 集成电路发展目前仍以摩尔定律所揭示的规律向前发展，晶圆的面积也在不断地加大，以软硬件协同设计、具有知识产权的内核（IP核）复用和超深亚微米技术为支撑的系统芯片(System on ChipSOC)是超大规模集
28、成电路发展的趋势和新世纪集成电路的主流。IC产业技术发展经历了电路集成、功能集成、技术集成，直到今天基于计算机软硬件的知识集成，其目标就是将电子产品系统电路不断集成到芯片中去，力图吞噬整个产品系统。单芯片的嵌入式系统的出现，以单个芯片实现的产品系统不仅仅限于硬件系统，而是一个带有柔性性能的软、硬件集合体的电子系统。SoC是微电子领域IC设计的最终目标。EDAEDA技术技术陕西师范大学物理学与信息技术学院陕西师范大学物理学与信息技术学院SOC设计方法学设计方法学陕西师范大学物理学与信息技术学院陕西师范大学物理学与信息技术学院SoC设计中的问题设计中的问题移值方法学移值方法学 无网表核无网表核 与
29、版图相关的步长与版图相关的步长 宽长比例失配宽长比例失配 手绘版图手绘版图l时序问题时序问题 时钟重分配时钟重分配 硬核宽度与间距不一致硬核宽度与间距不一致 芯片多重布线导致的芯片多重布线导致的RC寄生寄生效应效应 时序重验证时序重验证 电路时序电路时序l工艺与原始材料问题工艺与原始材料问题 非工业标准工艺特性非工业标准工艺特性 N阱衬底的连接阱衬底的连接 衬底原始材料衬底原始材料 端口与目标工艺的层间差异端口与目标工艺的层间差异l其它问题其它问题 混合信号设计不可移值混合信号设计不可移值 模拟电路的精度模拟电路的精度 功耗问题功耗问题陕西师范大学物理学与信息技术学院陕西师范大学物理学与信息技
30、术学院硬件描述语言硬件描述语言HDL的现状与发展的现状与发展 硬件描述语言硬件描述语言HDLHDL是一种用形式化方法描述数字电路和系统是一种用形式化方法描述数字电路和系统的语言。利用这种语言，数字电路系统的设计可以从上层到下层的语言。利用这种语言，数字电路系统的设计可以从上层到下层（从抽象到具体）逐层描述自己的设计思想，用一系列分层次的（从抽象到具体）逐层描述自己的设计思想，用一系列分层次的模块来表示极其复杂的数字系统。然后，利用电子设计自动化模块来表示极其复杂的数字系统。然后，利用电子设计自动化（EDAEDA）工具，逐层进行仿真验证，再把其中需要变为实际电路）工具，逐层进行仿真验证，再把其中
31、需要变为实际电路的模块组合，经过自动综合工具转换到门级电路网表。接下去，的模块组合，经过自动综合工具转换到门级电路网表。接下去，再用专用集成电路再用专用集成电路ASICASIC或现场可编程门阵列或现场可编程门阵列FPGAFPGA自动布局布线工自动布局布线工具，把网表转换为要实现的具体电路布线结构。具，把网表转换为要实现的具体电路布线结构。HDLHDL的发展至今已有的发展至今已有2020多年的历史，并成功地应用于设计的多年的历史，并成功地应用于设计的各个阶段：建模、仿真、验证和综合等。到各个阶段：建模、仿真、验证和综合等。到2020世纪世纪8080年代，已出年代，已出现了上百种硬件描述语言。现了
32、上百种硬件描述语言。2020世纪世纪8080年代后期，年代后期，VHDLVHDL和和Verilog Verilog HDLHDL语言适应了面向设计的多领域、多层次并得到普遍认同的标语言适应了面向设计的多领域、多层次并得到普遍认同的标准硬件描述语言趋势和要求，先后成为准硬件描述语言趋势和要求，先后成为IEEEIEEE标准。标准。陕西师范大学物理学与信息技术学院陕西师范大学物理学与信息技术学院 在在20012001年举行的国际年举行的国际HDLHDL会议上，与会者就使用何种设计语言展开了会议上，与会者就使用何种设计语言展开了生动、激烈的辩论。最后，与会者投票表决：如果要启动一个芯片设计项生动、激烈
33、的辩论。最后，与会者投票表决：如果要启动一个芯片设计项目，他们愿意选择哪种方案目，他们愿意选择哪种方案?结果，仅有结果，仅有2 2票或票或3 3票赞成使用票赞成使用SystemCSystemC、CynlibCynlib和和C LevelC Level设计；而设计；而SuperlogSuperlog和和VerilogVerilog各自获得了约各自获得了约2020票。至于以后票。至于以后会是什么情况，连会议主持人会是什么情况，连会议主持人John CooleyJohn Cooley也明确表示：也明确表示：“5 5年后，谁也不年后，谁也不知道这个星球会发生什么事情。知道这个星球会发生什么事情。”各方
34、人士各持己见：为各方人士各持己见：为VerilogVerilog辩护者认为，开发一种新的设计语言是辩护者认为，开发一种新的设计语言是一种浪费；为一种浪费；为SystemCSystemC辩护者认为，系统级芯片辩护者认为，系统级芯片SoCSoC快速增长的复杂性需要快速增长的复杂性需要新的设计方法；新的设计方法；C C语言的赞扬者认为，语言的赞扬者认为，VerilogVerilog是硬件设计的汇编语言，而是硬件设计的汇编语言，而编程的标准很快就会是高级语言，编程的标准很快就会是高级语言，Cynlib C+Cynlib C+是最佳的选择，它速度快、是最佳的选择，它速度快、代码精简；代码精简；Super
35、logSuperlog的捍卫者认为，的捍卫者认为，SuperlogSuperlog是是VerilogVerilog的扩展，可以在整的扩展，可以在整个设计流程中仅提供一种语言和一个仿真器，与现有的方法兼容，是一种个设计流程中仅提供一种语言和一个仿真器，与现有的方法兼容，是一种进化，而不是一场革命。进化，而不是一场革命。关于关于HDL的一次国际讨论会的一次国际讨论会陕西师范大学物理学与信息技术学院陕西师范大学物理学与信息技术学院我国发展的战略选择我国发展的战略选择 1.为了实现我国的芯片设计自主化，必须夯实基础，在为了实现我国的芯片设计自主化，必须夯实基础，在结合结合VHDL的基础上，推广的基础上
36、，推广Verilog HDL设计语言，使硬件设设计语言，使硬件设计的底层单元库可以自主研制；计的底层单元库可以自主研制；2.根据目前芯片系统的发展趋势，对系统级语言进行比较根据目前芯片系统的发展趋势，对系统级语言进行比较研究，在研究，在Suoerlog、SystemC等语言中做出选择，并进行相关等语言中做出选择，并进行相关工具的推广，以及与相关企业进行合作等；工具的推广，以及与相关企业进行合作等；3.深入深入HDL语言的综合和仿真等模型的研究，努力在与语言的综合和仿真等模型的研究，努力在与国外合作的基础上，建立自主知识产权的国外合作的基础上，建立自主知识产权的EDA公司；公司；4.积极加入积极
37、加入EDA目前正在进行的标准化工作，做到了解、目前正在进行的标准化工作，做到了解、学习、应用、吸收、参与并重；学习、应用、吸收、参与并重；5.政府积极加入，重视产、学、研的合作，开展卓有成效政府积极加入，重视产、学、研的合作，开展卓有成效的发展模式。的发展模式。IBM 7090 伴随着电子技术的发展而飞速发展起来的电子计算机所经历的四个阶段充分说明了电子技术发展的四个阶段的特性。q第一代（19461957）电子管计算机q第二代（19581963）晶体管计算机q第三代（19641970）集成电路计算机q第四代（1971）大规模集成电路计算机 世界上第一台电子计算机于世界上第一台电子计算机于194
38、61946年在美年在美国研制成功，取名国研制成功，取名ENIACENIAC。这台计算机使用了。这台计算机使用了1880018800个电子管，占地个电子管，占地170170平方米，重达平方米，重达3030吨，吨，耗电耗电140140千瓦，价格千瓦，价格4040多万美元，是一个昂贵多万美元，是一个昂贵耗电的耗电的 庞然大物庞然大物。由于它采用了电子线路。由于它采用了电子线路来执行算术运算、逻辑运算和存储信息，从来执行算术运算、逻辑运算和存储信息，从而就大大提高了运算速度。而就大大提高了运算速度。ENIACENIAC每秒可进行每秒可进行50005000次加法和减法运算，把计算一条弹道的次加法和减法运
39、算，把计算一条弹道的时间短为时间短为3030秒。它最初被专门用于弹道运算，秒。它最初被专门用于弹道运算，后来经过多次改进而成为能进行各种科学计后来经过多次改进而成为能进行各种科学计算的通用电子计算机。从算的通用电子计算机。从19461946年年2 2月交付使用，月交付使用，到到19551955年年1010月最后切断电源，月最后切断电源，ENIACENIAC服役长达服役长达9 9年。年。IBM 360 晶体管计算机晶体管计算机ENIACENIAC品牌电脑品牌电脑2 2先进智能计算技术先进智能计算技术 IBM 7090ENIACENIAC电子计算机的发展电子计算机的发展IBM 360 晶体管计算机
40、晶体管计算机品牌电脑品牌电脑第一代（第一代（19461957）电子管计算机时代：它的基本电子元件是电子管，内）电子管计算机时代：它的基本电子元件是电子管，内存储器采用水银延迟线，外存储器主要采用磁鼓、纸带、卡片、磁带等。由存储器采用水银延迟线，外存储器主要采用磁鼓、纸带、卡片、磁带等。由于当时电子技术的限制，运算速度只是每秒几千次于当时电子技术的限制，运算速度只是每秒几千次几万次基本运算，内存容几万次基本运算，内存容量仅几千个字。程序语言处于最低阶段，主要使用二进制表示的机器语言编量仅几千个字。程序语言处于最低阶段，主要使用二进制表示的机器语言编程，后阶段采用汇编语言进行程序设计。体积大，耗电
41、多，速度低，造价高，程，后阶段采用汇编语言进行程序设计。体积大，耗电多，速度低，造价高，使用不便，主要局限于一些军事和科研部门进行科学计算。（使用不便，主要局限于一些军事和科研部门进行科学计算。（ENIAC）第二代（第二代（19581963）晶体管计算机时代：）晶体管计算机时代：它的基本电子元件是晶体管，内存储器大它的基本电子元件是晶体管，内存储器大量使用磁性材料制成的磁芯存储器。与第量使用磁性材料制成的磁芯存储器。与第一代电子管计算机相比，晶体管计算机体一代电子管计算机相比，晶体管计算机体积小，耗电少，成本低，逻辑功能强，使积小，耗电少，成本低，逻辑功能强，使用方便，可靠性高用方便，可靠性高
42、。（。（IBM 7090）第三代（第三代（19641970）集成电路计算机时代：）集成电路计算机时代：它的基本元件是小规模集成电路和中规模集成它的基本元件是小规模集成电路和中规模集成电路，磁芯存储器进一步发展，并开始采用性电路，磁芯存储器进一步发展，并开始采用性能更好的半导体存储器，运算速度提高到每秒能更好的半导体存储器，运算速度提高到每秒几十万次基本运算。由于采用了集成电路，第几十万次基本运算。由于采用了集成电路，第三代计算机各方面性能都有了极大提高：体积三代计算机各方面性能都有了极大提高：体积缩小，价格降低，功能增强，可靠性大大提高。缩小，价格降低，功能增强，可靠性大大提高。（IBM 36
43、0系列为代表）系列为代表）第四代（第四代（1971）大规模集成电路计算机时代：）大规模集成电路计算机时代：它的基本元件是大规模集成电路，甚至超大规它的基本元件是大规模集成电路，甚至超大规模集成电路，集成度很高的半导体存储器替代模集成电路，集成度很高的半导体存储器替代了磁芯存储器，运算速度可达每秒几百万次，了磁芯存储器，运算速度可达每秒几百万次，甚至上亿次基本运算。具有体积小、功能强、甚至上亿次基本运算。具有体积小、功能强、可靠性高等特点。可靠性高等特点。陕西师范大学物理学与信息技术学院陕西师范大学物理学与信息技术学院 高性能计算：高性能计算：高性能计算是促进科技创新、经济发展、社会进步及高性能
44、计算是促进科技创新、经济发展、社会进步及国家安全的战略制高点技术，世界各主要发达国家无不对国家安全的战略制高点技术，世界各主要发达国家无不对此高度重视。自此高度重视。自7070年代开始研究以来，高性能计算机经历年代开始研究以来，高性能计算机经历了向量机、共享主存多处理机、大规模并行处理系统等几了向量机、共享主存多处理机、大规模并行处理系统等几个阶段。近年来，美国相继推出高性能计算与通信、加速个阶段。近年来，美国相继推出高性能计算与通信、加速战略计算创新等计划，将高性能计算领域的国际竞争推向战略计算创新等计划，将高性能计算领域的国际竞争推向高潮。高潮。20002000年年IBMIBM曾宣布，曾宣
45、布，5 5年内将投资年内将投资1 1亿美元开发新一代亿美元开发新一代超级计算机超级计算机“蓝色基因蓝色基因”，旨在帮助人类探索深层次的生，旨在帮助人类探索深层次的生命奥秘，其运算速度将达到每秒命奥秘，其运算速度将达到每秒1 1千万亿次，与目前的桌面千万亿次，与目前的桌面PCPC相比，计算能力将超出相比，计算能力将超出2 2百万倍。百万倍。2 2先进智能计算技术先进智能计算技术 2022-11-1029陕西师范大学物理学与信息技术学院陕西师范大学物理学与信息技术学院2022-11-1030高性能计算：高性能计算：北京时间2010年17日，由中国国防科技大学研制成功的“天河一号”在国际TOP500
46、组织正式发布的世界超级计算机500强排行榜上名列第一。研制“天河一号”的中国专家认为，这台计算机的成功研制是我国超级计算机发展的重要里程碑。排行榜表明，中国“天河一号”二期系统（天河）以每秒4701万亿次的峰值速度和每秒2566万亿次的实测速度位居榜首。此前全球最快的超级计算机美国“美洲虎”以每秒1759万亿次的实测性能名列第二，速度约为“天河一号”的三分之二。“这一成绩实现了我国自主研制超级计算机综合技术水平进入国际领先行列的历史性突破。”“天河一号”工程办公室主任李楠说，“天河一号”的应用将为解决我国重大挑战性问题提供手段，对提升我国综合国力具有战略意义。2 2先进智能计算技术先进智能计算
47、技术 陕西师范大学物理学与信息技术学院陕西师范大学物理学与信息技术学院神经网络：神经网络：由于神经网络是机器学习的一种机制，即具有大量简单由于神经网络是机器学习的一种机制，即具有大量简单处理单元处理单元(称为神经元称为神经元)的执行高度并行处理的，更接近于生的执行高度并行处理的，更接近于生物计算系统的一种计算机体系结构，多年来人们一直在着手物计算系统的一种计算机体系结构，多年来人们一直在着手研究神经网络在军事电子装备中的应用。神经科学、克隆技研究神经网络在军事电子装备中的应用。神经科学、克隆技术以及生物技术的发展，有可能研制出生物神经网络芯片，术以及生物技术的发展，有可能研制出生物神经网络芯片
48、，使其具有人脑一样的功能，并可与活的神经网络结合起来进使其具有人脑一样的功能，并可与活的神经网络结合起来进行控制运算甚至判断等。随着神经网络硬件的实现，将为武行控制运算甚至判断等。随着神经网络硬件的实现，将为武器系统带来革命性的变化，对诸如自主系统、传感器数据的器系统带来革命性的变化，对诸如自主系统、传感器数据的自动化处理、实时图像处理和自适应信号处理与控制等应用自动化处理、实时图像处理和自适应信号处理与控制等应用项目有着显著的意义。项目有着显著的意义。2 2先进智能计算技术先进智能计算技术 2022-11-1031陕西师范大学物理学与信息技术学院陕西师范大学物理学与信息技术学院人工智能：人工
49、智能：未来先进的计算机技术将成为探索新的有关知识数学表示未来先进的计算机技术将成为探索新的有关知识数学表示法的动力。利用形式化结构和描述战场关键信息法的动力。利用形式化结构和描述战场关键信息(诸如地形、诸如地形、敌兵力意图的确定性的程度及潜在的结局组敌兵力意图的确定性的程度及潜在的结局组)的知识表示的先的知识表示的先进技术将会提高软件的可靠性。在人工智能的研究和应用方面，进技术将会提高软件的可靠性。在人工智能的研究和应用方面，包括机器人在内的无人化智能作战平台的发展将最为迅速。指包括机器人在内的无人化智能作战平台的发展将最为迅速。指挥控制计算机化、攻击手段机器人化的数字化部队有可能取得挥控制计
50、算机化、攻击手段机器人化的数字化部队有可能取得突破性进展。随着计算机的智能化，通信、传感和其他信息技突破性进展。随着计算机的智能化，通信、传感和其他信息技术的发展和提高，术的发展和提高，C C4 41SR1SR系统将是一种智能化的系统。系统装系统将是一种智能化的系统。系统装备将朝分布式硬件、环境综合、智能决策、远程监视侦察、无备将朝分布式硬件、环境综合、智能决策、远程监视侦察、无缝通信和全数字化技术方向发展。未来信息化单兵、数字化部缝通信和全数字化技术方向发展。未来信息化单兵、数字化部队乃至机器人部队将有可能成为现实。队乃至机器人部队将有可能成为现实。2 2先进智能计算技术先进智能计算技术 2
