超高速集成電路

（veryhighspeedintegratedcircuit—VHSIC）

超高速集成電路是一種超大規模集成電路，是為滿足軍用高速信號處理、抗核輻射、故障容限和芯片自檢測要求而研製的。美國國防部於1980年開始實施超高速集成電路研製計劃，總目標是：芯片的微加工線寬達到0.5微米、門電路運算速度比民用的提高100倍，可靠性提高10倍。現已製成各類硅超高速集成電路和砷化鎵超高速集成電路。用超高速集成電路製造的微型和小型超高速計算機已廣泛用於美國多種先進的武器系統，如F-15、F-16戰鬥機，“海爾法”反坦克導彈，“針刺”便攜式防空導彈，“戰斧”巡航導彈和“愛國者”防空導彈系統等。

美國國防部在1979年財政年度提出的“超高速集成電路(C工程,是美國微電子國防工業中最重要的工程。這項工程的最終目標是在硅半導體超大規模集成電路的基礎上,把微處理器的信號處理速度再提高一百倍,將道集三成電路上元件的線寬推進到亞微米.(05微米)的量級,再將它們插入到戰術和戰略的制導武器的火控裝置、遠程運載工縣和星際通訊裝置上,以保證美國在未來的電子戰和星球大戰中技術的絕對優勢。這項工程是按照由前端產品(超高速集成電路)的研製到最終產品(插入設備)的設計、生產和試驗的"向前垂直集成”(forwardverti。alintegrati。)n)的工業模式分三個階段開展的。

第一個階段從1980年3月起,到同年n月結束。這一階段屬於“軟件”階段,主要是研討超高速集成電路的具體概念、性能指標和制定研製計劃,動用了九個電子公一司,耗資一千零五十萬美圓。

第二階段從1981年5月開始,到1984年4月結束。在這一階段已經完成了元件線寬為1/4微米、功能通過速率為5欠10”門一赫/平方釐米i為集成電路的設計、研製和生產,並開始了元件線寬為亞微米的集成電路的研製。參加這一階段工程的有得克薩斯儀器公司、國際商業機器公司、亨尼韋公司(Honyewell))、威斯汀豪斯公司等六個合同單位,耗資一億六千萬餘美圓。

第三階段是從1984年5月開始的,預廿在1986年結束。這個階段的主要任務是將第二階段生產的超高速集成電路插入各戰術和戰略武器、運載和通訊設備的微型化電子裝置中,另外,還要完成亞微米線寬的功能通過速率為10’“門一赫/平方釐米的集成塊的試製和生產。 ^[1] 

從技術的角度來看,美國超高速集成電路工程有三個問題是值得注意的。

第一,在材料選擇上,以硅為主,而不採用砷化嫁半導體,原因是硅數字集成電路技術已趨成熟。高速、低能耗和抗輻射性強是超高速集成電路的三個基本要求,現在已經生產出幾種雙極集成電路、單極集成電路(NMOS、CMOS)和以硅藍寶石S(05)為材料的互補金屬一氧化物一半導體(CMOS)集成電路,這些集成電路已經達到了上述性能要求。

第二,在工藝上選擇的技術途徑是電子束刻蝕、電子束直接刻蝕,因為這類工藝具有高度靈活性,適合於小批量的生產。光刻蝕技術和X一射線技術適合於大批量的商用集成電路的生產,國防部就不再投資這些技術。

第三,高度強調設計自動化,計算機輸助設計(CAD)是必不可少的。超高速集成電路主要用於微處理器,而不是存貯器。存貯器上門陣列電路的重複性可以減輕設計約困難,而這種優點在微處理器芯片上不復存在。雖然説商用集成電路的線寬也已經進入了亞微米的階段,但這僅僅是指存貯器。現在一塊2弓已k的存貯器上的確己具有幾十萬只晶體管,而要一塊超高速集成電路上製造出十萬只晶體管卻還有相當大的困難。問題的根本出路在於設計和生產的自動化。 ^[1] 

光纖傳輸系統

光纖傳輸系統是由一段或多段光纖、一系列光子、光電子和微電子的器件、電路和子系統組成的鏈路、環路或網絡。這個系統要完成數據在信源端的接收、組織(分幀、打包、復接等)、光調製、傳輸、光接收、再生、分接等一系列處理,應用到多種技術,其研製和開發涉及到多種學科,其設備的生產和工程建設涉及到眾多的產業和部門。本文將主要討論光纖傳輸系統中光電子器件、電路和高速集成電路的設計,圖1給出光纖通信傳輸系統的核心組成框圖。

我國光纖通信用集成電路技術的現狀和發展方向

我國在光纖通信的建設方面已經取得長足進步。已建成幾十條光纜通信電路,總長度達100000km。在光纖通信用1.3拼m和1.55拼m量子阱分佈反饋激光器,摻餌光纖放大器(EDFA),激光調製器和系統集成等技術方面已取得了矚目成績,OEIC的關鍵技術也已經獲得突破。然而,我國光纖通信技術的整體還是落後的。已建和在建的光纖通信幹線系統幾乎全都是從國外引進的,而在我國自己開發的系統中,大部分的器件和幾乎全部的關鍵高速集成電路都是進口的。為了改變我國集成電路研製的落後局面,我們一方面要繼續完善和提高現有工藝線的技術水平和生產能力，要研究、開發和利用包括CMOS、雙極性硅、GAas和nIP等多種工藝;另一方面要借鑑國外無生產線(afbless)集成電路設計模式,發揮人才資源和智力資源方面的優勢,提高集成電路設計水平,設計並實現具有自己知識產權、包括光纖通信在各種信息產業用集成電路。要以系統應用和市場需要帶動研究和開發,走產學研結合的道路。只有這樣,才能在建立國家信息基礎設施的進程中,趕上世界潮流,為國家創造出巨大財富。 ^[2]