集成电路设计工艺与技术现状
思瀚产业研究院    2022-11-27

1）数字电路与模拟电路

从电路性质来分类，集成电路设计可分为数字电路设计与模拟电路设计，这两个方向的技术发展情况有着较大的差异。 数字电路的工艺技术基本上遵循摩尔定律，大约每 18 个月集成度翻一番， 随着集成电路制程的不断突破，从 14nm 到 10nm、7nm，同样芯片面积上集成 的晶体管数量越来越多，芯片的计算性能也越来越强。

数字电路设计技术的提 升主要依靠 EDA 技术的发展和 EDA 工具的不断完善。随着 EDA 设计工具的不 断革新与优化，电路设计规模不断增大，从百万门级、千万门级，到现在部分 产品已达到了上亿门级。 模拟电路设计关注电压电流、失真度、功耗、速度、可靠性和稳定性，需 要考虑各种元器件对模拟电路性能的影响。

不同于数字电路，过高的工艺节点 技术往往不利于实现模拟电路的低失真和高信噪比或者输出高电压大电流来驱 动其他元件的要求，因此模拟电路设计对工艺节点演进需求相对较低，不受摩 尔定律束缚。

模拟电路设计难度随着工艺以及目标性能的发展而不断增加，随着器件尺 寸的不断缩减，电源电压的不断下降，以及在同一个芯片上制造模拟和数字电 路，需要模拟电路设计者在分析和设计模拟电路时从新技术的局限性出发，对 电路的优缺点有着全面的了解，好的模拟电路设计需要直觉、严密和创新。相 比于数字电路通过高端制程实现更小的芯片面积、更高的运算速度和更低的能耗，模拟电路更需要对性能与功耗进行全面考量。

在低功耗射频通信芯片受到 元件体积限制导致芯片面积难以缩小的情况下，会更倾向于采用 55-180nm 的成 熟制程来保证高性能与低功耗的折中，而高压大功率芯片一般采用更低成本的 180nm~350nm 的 BCD 工艺。与数字电路设计相比，模拟电路设计更依赖于人 工设计，设计人员的经验积累至关重要。

2）消费类应用与行业类应用

按应用领域来分类，集成电路设计可分为消费类与行业类集成电路，设计需求也有着较大差异。

一直以来，由于产品特性的不同，消费类集成电路与行 业类集成电路有着许多差异点，比如说产品生命周期、产品收入模型、产品的 工艺需求等，但总体来说，都是朝着更高性能、更低功耗的方向进步。 对于消费类集成电路，特别是手机、电脑、平板这类移动终端设备中的应用处理器、图像处理器、存储器等，最关键的指标就是计算性能和处理速度， 因此这类产品的设计主要依赖于晶圆制造代工厂最新的工艺制程，必须紧跟最 新的工艺制程进行产品的更新迭代。

行业应用类集成电路，如物联网领域和工业应用领域的芯片，更注重性能 可靠性、低功耗及复杂工况适配性等要求而非计算速度，故并不片面追求增加 晶体管数量和集成度而是更注重整体性能，所以往往依据实际需求选择成熟制 程，结合应用场景对运算速度及集成度的不同要求，并考虑模块和整机的适配 性，采用由 40nm 至 180nm 的制程来实现。