2018年4月17日凌晨，美国商务部宣布，将禁止美国公司向中兴通讯销售零部件、商品、软件和技术7年，直到2025年3月13日。该消息一出，在我国国内引起了轩然大波，上至中国政府，下至普通百姓都深刻意识到，中国自行设计、制造芯片已刻不容缓。一块指甲盖大小的芯片，如今已成为全球企业竞争、 科技 比拼的重要筹码。 同年，还在美国密歇根大学攻读博士的叶茂在导师推荐下，开始独立负责一门研究生课程，主讲芯片集成纳米制造技术。看着教室里不同肤色、不同国家的学生，想到闹得沸沸扬扬的中国芯片被美国“卡脖子”事件，站在讲台上传授芯片集成纳米制造技术的叶茂，心中越来越不是滋味。在密歇根冰天雪地的深夜里，有一个想法在他的脑袋里冒了出来：“我或许可以做点什么”。 当这个想法越来越多地出现后，叶茂开始为回国做准备了。“我就在想，我既然掌握着芯片集成纳米制造这门技术，为什么要留在美国给外国学生讲呢，我应该回到国内去，给国内的学生讲这些知识。”几次辗转奔波之后，2020年，叶茂正式加入北京航空航天大学。 春寒料峭，市场的需求，政策的加持，科研的创新……在“中国芯”迎来绝地反击的“春天”里，叶茂就此蓄势发力，向着更多的可能全力奔跑。 即便已经跨入而立之年，叶茂的身上仍保持着最初的那种纯粹：无畏无惧，一往无前；随心而行，随遇而安。 2007年，叶茂考进华中 科技 大学材料科学与工程学院。在大学期间，叶茂并不算一个特别勤奋和“听话”的学生，他在学习上的动力大多来源于兴趣，喜欢做什么就去做什么。有一天，他突然萌生了“想出国去看一看”的想法，于是就自己准备出国考试（托福和GRE），并拿到了奖学金，去了美国密歇根大学攻读机械工程硕士。 叶茂的硕士导师是一个印度人，在美国密歇根大学有着举足轻重的影响力和地位。叶茂来到他的门下时，获得了一份研究工作，以此可以全免学费同时还有一份科研助理的工资，是很好的待遇。叶茂问导师：“我的成绩不是最好的，简历也不是最漂亮的，这么好的待遇为什么给我呢？” 叶茂的导师回答说，因为他觉得叶茂在这项研究上很有自己的想法。在去美国之前，叶茂已经和导师有过一些交流，在交流中，针对一些研究上的问题，他给出了多种解决方案，自此给他的导师留下了深刻的印象。“他觉得这是我很大的一个亮点。”跟随硕士生导师，叶茂从事了利用纳米生物材料仿生骨支架的相关工作，并取得了一系列成果。 2014年，叶茂硕士毕业后原本打算直接工作。他坦言道：“我读博士其实是一件十分偶然的事情。”当时，叶茂刚刚找到工作，偶然在一次学术报告上碰到了刚来到密歇根大学工作的Yasha Yi教授，通过交流，两个人碰撞出了很多新的想法，然后他的博士生导师对他说：“我们或许可以实现它们（这些想法）”。就这样，叶茂放弃了到手的工作机会，选择继续在密歇根大学攻读电子与计算机工程博士。 叶茂的主要研究方向是芯片集成光电子器件与芯片集成纳米制造技术。简单来说，后者是为前者服务的，为了制造芯片集成光电器件，往往需要花大量的时间和精力在芯片集成纳米制造技术上面。自2014年起，叶茂就进入美国顶级（state of the art）大型芯片集成实验室劳瑞纳米加工技术实验室（Lurie Nano Fabrication Facility）学习基于硅基材料的纳米制造和芯片集成技术，并在之后的研究工作中逐渐掌握了这项技术。 在国外的学习期间，叶茂主要围绕可见光波段光学超构表面和超构透镜、医用闪烁体的光抓取纳米结构及芯片集成激光雷达光学相控阵（OPA）器件等方面进行了深入系统研究，取得了若干国际领先的重要成果。 叶茂开发了基于大折射率富硅基氮化硅的超构透镜设计与制造工艺体系，突破了可对抗刻蚀延迟的超构透镜和无色散超构透镜设计技术，解决了可见光波段光学超构表面和超构透镜制造难度大、成本高及存在色散等难题，研制了基于可见光波段的光栅结构超构透镜、线偏振超构透镜和具有聚焦结构的超构透镜等集成光子学器件；他开发了可用于医用闪烁体材料的光抓取纳米结构，极大地提高了常规医用闪烁体的发光效率；针对芯片集成激光雷达中的核心偏光组件，他提出了基于光学相位矩阵（OPA）和光学超构表面相结合的非机械式可控偏光方案，可极大地减小激光雷达的体积、重量和成本。相关成果已在领域内知名学术期刊发表论文20余篇，授权国际专利1项。 其中叶茂研发的可设计聚焦结构的光学方法被世界知名 科技 评论《麻省理工 科技 评论》（ MIT Technology Review ）专题报道，并指出了此技术在未来芯片光刻行业具有重要应用前景（文章题目为“为什么超构透镜即将为芯片制造业带来革命”“Why metalens are about to revolutionize chip-making”）。 在国外学习和研究多年，叶茂与导师之间的关系更像是朋友和合作伙伴，这种关系一直维持到现在。叶茂说，他和他的博士生导师都是十分理想主义的人，总想着可以做出一些东西去改变世界。因此，他们的研究十分务实，往往会考虑一些前沿技术在工业界大规模应用的可行性，比如研发比较前沿的超透镜时要去研究如何降低成本，以实现大规模生产。 在与导师及其他老师的不断交流中，叶茂越来越坚定这种价值认知：做出好的成果不是为了发论文，不是为了功与名，而是为了去改善人们的生活，让这个世界变得更好。“我们一直在朝着这个目标前进，我们在做出成果时，往往第一时间就会想到，这个能不能得到应用？跟同行业相比，它的优势在哪里？我们做研究最终的目的一定是让科研成果惠及人类，惠及世界。”叶茂说道。 就像是一场修行，叶茂在美国不断汲取知识，增长见识，提升能力，迅速成长为芯片制造行业内的知名青年学者。他表示：“芯片集成纳米制造工艺的开发是非常费精力的，但是当你亲手制造出40纳米、20纳米的结构及器件后，你了解了芯片制造工艺的每一个细节，这都是非常宝贵的经验。现在，回过头想一想，这是我在美国最大的收获之一。” 即便已经在国外打下了一片自己的天地，但是叶茂回国就职的道路依然不是顺遂的。 在美国待了7年多，叶茂不认识国内学术界任何人，只能在网上搜索求职，海投简历。好在当时国内很多学校都有海外青年论坛，一些高校对叶茂热情地发出了邀约。于是，在2018年短暂的圣诞假期，他回国一次性跑了4所高校。但这不是一次成功的旅程，相比于叶茂拿出的一些纳米制造技术和器件成果，他当时碰到的老师们似乎对简历上论文的影响因子更感兴趣。那年的冬天，他第一次知道还有论文分区这回事。 也曾有人劝叶茂先在一些高影响因子的期刊多发几篇论文，再以此为台阶回国就业。思考过后，叶茂拒绝了。“我或许可以这么做，但这并不是我做研究的初心，研究成果的价值在于它是否能推进其所在领域的进步。我觉得能真正解决问题，能真正可以应用上的研究就是好的研究。”即便2018年的那次短暂回归没什么收获，但叶茂仍然坚持回国的想法。博士毕业后，他继续做了一年的博士后研究，将之前没有完成的工作完成，并于2019年年底又回到了国内。 这一次，叶茂遇到了懂他的“伯乐”——房建成院士。在经过一番深入的交流之后，房建成院士对他说：“你的研究做得不错，我们很需要你这样的做芯片集成光电子器件与纳米制造技术方面的人才。相比论文我们更看重能实际应用的成果，能解决问题，能真正有用且好用就行。”就这样，叶茂加入了北京航空航天大学，任副研究员。 “做研究，需要找到志同道合的人，我跟房院士的想法很一致，就是做出实际有用的东西。相比发文章，我们更在乎的是能不能把芯片集成事业做起来，在自己的领域制造出中国自己的芯片并付诸产业化，改变芯片工业的格局，使中国的芯片事业追上，甚至超赶美国。”叶茂说道。 相比于芯片的设计，芯片的制造才是制约我国芯片集成事业发展的关键“短板”。如何将光电子器件进行芯片化，做得那么小的同时还降低成本，有完善的功能、好的性能、高的良品率，是一个较大的难题，而叶茂就为了解决这个难题而归。 利用多年来在芯片集成光电子器件领域的研究积累，面向国家对关键测量与导航仪器的发展需求，叶茂回国后立即开展了芯片集成量子精密测量器件理论方法与制造技术研究工作，主要包括芯片集成原子磁强计、芯片集成原子陀螺仪、功能型光学超构表面技术、面向商用的平面集成光学超构透镜等，致力于为我国在短时间内实现核心关键光电子芯片技术的突破提供强大的技术支撑。同时，叶茂还依托国家重大科研项目的开展进行了相关平台建设和教学工作。 从事科研成果多年，叶茂鲜少有负面情绪的时候。回顾自己一路走来，他说：“有问题就解决问题，我其实没有那么多时间和精力去解决情绪上的事情。” 在美国时，虽然叶茂所在团队的资源不少，但是团队的人却很少，只有他和他的师弟两个博士。那些年，就是他们两个人完成了一项又一项科学研究。在芯片集成光电子器件的制作过程会出现各种各样的问题。但是叶茂和他的师弟没有一句怨言，只是埋头工作，最终完成了多项具有严格工程指标的科研任务。“其实，我们并没有觉得很累，就是一方面有计划地去做研究，另一方面发散思维多想办法，多尝试。我们没有时间去想：这个好难，做不出来怎么办？或者说，这个太难了，不想做了。这不可能，我们既然开始做了，就一定要做出来，而且要做好。” 回国时，虽然一开始没有得到认可，但是叶茂从未想过放弃。他想的还是：什么问题都是可以解决的，只要我把成果做出来，且能用上，总有一天会有人认可的。正是这样的乐观、坚韧的精神造就了现在的叶茂。 基于原子无自旋交换弛豫（SERF）效应的原子磁强计是目前最高精度的磁场测量传感器，其理论精度可达亚飞特量级，是目前战略磁测量与医学生物磁测量设备中的核心器件。原子磁强计的芯片化将极大地缩小目前器件体积（从传统的厘米级缩小至毫米甚至微米级），降低功耗和成本，是未来高精度、微型化、阵列式量子磁传感器件的必经之路。多种军用以及医疗装备如微型量子导航系统、微型深海探潜系统、高分辨脑磁成像装置和体内介入式生物磁测量设备等，都对原子磁强计的芯片化提出了迫切需求。 2014年美国桑迪亚国家实验室受美国国家卫生研究院（NIH）和美国能源部核安全部门（DOE-NNSA）等多家单位的支持，开启了微型芯片化SERF原子磁强计阵列（OPM）原理样机的研制。此外美国国家标准技术研究所（NIST）获得美国策略环境与发展研究计划（SERDP）资助，于近年开发了适用于芯片集成制造方法的垂直键合式原子磁强计原理样机，率先开始了芯片集成原子磁强计的研究。同时，我国也在“十四五”规划中明确提出了对芯片集成量子精密测量器件的迫切需求。而对原子磁强计进行芯片化的核心就是解决芯片集成原子磁强计中光子学操控与耦合的问题，这是一项微纳光子学、芯片集成纳米制造和量子精密测量多学科交叉的卡脖子问题。 为解决这一技术难题，叶茂申请了自然科学基金青年科学基金项目“芯片化原子磁强计中集成光子学操控与耦合问题的研究”。在项目研究中，他将 探索 芯片级微小型原子磁强计中的精准光学操控方法、光/量子耦合机制，在此基础之上开发用于芯片化原子磁强计的集成光子学操控与耦合方案，最后结合微型原子系综进行集成光/量子耦合极弱磁测量实验，以期为实现芯片集成原子磁强计从无到有的突破奠定基础。 芯片集成原子磁强计中光子学操控与耦合问题的解决，是突破现有瓶颈，开发高精度、阵列式、集成化精密量子测量系统的第一步，更是实现国家“十四五”规划纲要提出迫切需求的高分辨脑磁成像、深海/深地磁探测，以及芯片化量子测量系统所要解决的核心问题。 在更加贴近人们生活的应用方面，叶茂也提道：“举个例子，我们的手机里面有陀螺仪传感器，虽然对于人们的生活已经够用了，但是其实还没有到很理想的状态。如果把量子陀螺仪做到芯片化，那手机的导航定位会更加灵敏和精确。目前，大部分自动驾驶系统依靠激光雷达作为核心测距传感器，但现在的雷达还是比较大，只能放在车顶，如果做到芯片化，不但可以减小体积，更重要的是降低成本，这样一辆车上可以安装多个不同维度扫描的芯片集成激光雷达，从而使自动驾驶更加精确和安全。” 目前，相关的工作正在有序进行当中。叶茂表示，饭要一口一口吃，路也要一步一步走。制造中国自己的芯片不是一蹴而就的，但他愿意为了这个目标不懈努力。 除此之外，叶茂以全美顶级的芯片集成超净间实验室劳瑞纳米加工技术实验室为模板，致力于建造芯片集成超净间实验室体系。芯片集成超净间实验室是微结构微系统方向重要的实验制造平台，它对未来整个电子、电气、机械、材料、生物和光学等学科可以起到重要的支撑作用。不过，平台的建设是一个长期的项目，初期的目标是以建设百级的超净间和气体净化内循环体系，人员管理和使用体系为主。5年的预期目标是可以在实验室里自行制造超越我国目前工业芯片精度的纳米结构。 “回国后，我发现国内的芯片发展已经热了。如雨后春笋般，很多制造芯片的实验室也都搭建起来了。但是，相对的，国内缺少专业的设备调试、维护及工艺开发等相关人才。”虽然实验室的建设已经提上日程，但在前期的研究当中，叶茂提出暂时使用国内建设的公共纳米制造平台。他说：“因为国家在建造芯片制造实验室方面已经花了很多钱了，我们要充分地利用好它们。相比于欧美一些成熟实验室，它们可能没有足够的工艺积累，但设备还是很好的。我们可以进行合作，利用海外的工艺经验一起开展研究攻关，提升精度，达到一个利益最大化。” 同时，叶茂也表示，为了技术的自主可控，肯定要建立自己的实验室，但是在这之前，首先要培养或引进一批相关的人才，等搭建好成熟的人才储备与管理体系，才能更好地助力实验平台的建设。 在北京航空航天大学，叶茂拟开设全英文芯片集成纳米制造课程。这门课程目前在国内学校还比较少见，即便在美国，也只有条件优秀的几所大学开设了。然而整个工业界对于电子和光学器件的趋势都在往小型化、微型化方面发展，因此芯片集成纳米制造技术不光是用来制造芯片，更是制造多种功能的新型纳米结构/器件的必经之路。这项技术在未来必然会越来越普及。依托在美国教授这门课程的经验，叶茂希望通过开设这门课程，使国内学生更加了解这项技术，为我国培养更多的芯片集成纳米制造方面的人才。 对于自己的学生，叶茂有着自己的要求和期望。一是，他希望学生拥有一颗强大的内心，不能因为研究工作难而回避，甚至放弃，要有百折不挠的精神；二是，他希望学生可以将研究的过程变快乐一点，去享受科研的过程。“经验是最宝贵的财富，哪怕这个事情你最终没有做出来，但是过程中已经积累了很多宝贵经验。如果你不去尝试，不去 探索 ，怎么可能会获得经验呢？我还是那句话，有问题解决问题，不要去逃避，不要放弃，要有把它干成的精神。” 打篮球，学习吉他，跟着短视频练就一手好厨艺……工作之余的叶茂也很认真地在生活。无论是工作，还是生活，他保持着自己的节奏，不骄不躁。对于未来，叶茂不做过多设想，也不会因为未知而焦虑，于他而言，唯一明确要做的事情，就是把握当下、拼搏努力，全身心投入到自己热爱的科研事业里。
集成电路芯片封装技术浅谈 自从美国Intel公司1971年设计制造出4位微处a理器芯片以来，在20多年时间内，CPU从Intel4004、80286、80386、80486发展到Pentium和PentiumⅡ，数位从4位、8位、16位、32位发展到64位;主频从几兆到今天的400MHz以上，接近GHz;CPU芯片里集成的晶体管数由2000个跃升到500万个以上;半导体制造技术的规模由SSI、MSI、LSI、VLSI达到 ULSI。封装的输入/输出（I/O）引脚从几十根，逐渐增加到几百根，下世纪初可能达2千根。这一切真是一个翻天覆地的变化。 对于CPU，读者已经很熟悉了，286、386、486、Pentium、Pentium Ⅱ、Celeron、K6、K6-2 ……相信您可以如数家珍似地列出一长串。但谈到CPU和其他大规模集成电路的封装，知道的人未必很多。所谓封装是指安装半导体集成电路芯片用的外壳，它不仅起着安放、固定、密封、保护芯片和增强电热性能的作用，而且还是沟通芯片内部世界与外部电路的桥梁--芯片上的接点用导线连接到封装外壳的引脚上，这些引脚又通过印制板上的导线与其他器件建立连接。因此，封装对CPU和其他LSI集成电路都起着重要的作用。新一代CPU的出现常常伴随着新的封装形式的使用。 芯片的封装技术已经历了好几代的变迁，从DIP、QFP、PGA、BGA到CSP再到MCM，技术指标一代比一代先进，包括芯片面积与封装面积之比越来越接近于1，适用频率越来越高，耐温性能越来越好，引脚数增多，引脚间距减小，重量减小，可靠性提高，使用更加方便等等。 下面将对具体的封装形式作详细说明。 一、DIP封装 70年代流行的是双列直插封装，简称DIP(Dual In-line Package)。DIP封装结构具有以下特点: 1.适合PCB的穿孔安装; 2.比TO型封装(图1)易于对PCB布线; 3.操作方便。 DIP封装结构形式有:多层陶瓷双列直插式DIP，单层陶瓷双列直插式DIP，引线框架式DIP(含玻璃陶瓷封接式，塑料包封结构式，陶瓷低熔玻璃封装式)，如图2所示。 衡量一个芯片封装技术先进与否的重要指标是芯片面积与封装面积之比，这个比值越接近1越好。以采用40根I/O引脚塑料包封双列直插式封装(PDIP)的CPU为例，其芯片面积/封装面积=3×3/×50=1：86,离1相差很远。不难看出，这种封装尺寸远比芯片大，说明封装效率很低，占去了很多有效安装面积。 Intel公司这期间的CPU如8086、80286都采用PDIP封装。 二、芯片载体封装 80年代出现了芯片载体封装，其中有陶瓷无引线芯片载体LCCC(Leadless Ceramic Chip Carrier)、塑料有引线芯片载体PLCC(Plastic Leaded Chip Carrier)、小尺寸封装SOP(Small Outline Package)、塑料四边引出扁平封装PQFP(Plastic Quad Flat Package)，封装结构形式如图3、图4和图5所示。 以焊区中心距，208根I/O引脚的QFP封装的CPU为例，外形尺寸28×28mm，芯片尺寸10×10mm，则芯片面积/封装面积=10×10/28×28=1：，由此可见QFP比DIP的封装尺寸大大减小。QFP的特点是: 1.适合用SMT表面安装技术在PCB上安装布线; 2.封装外形尺寸小，寄生参数减小，适合高频应用; 3.操作方便; 4.可靠性高。 在这期间，Intel公司的CPU，如Intel 80386就采用塑料四边引出扁平封装PQFP。 三、BGA封装 90年代随着集成技术的进步、设备的改进和深亚微米技术的使用，LSI、VLSI、ULSI相继出现，硅单芯片集成度不断提高，对集成电路封装要求更加严格，I/O引脚数急剧增加，功耗也随之增大。为满足发展的需要，在原有封装品种基础上，又增添了新的品种--球栅阵列封装，简称BGA(Ball Grid Array Package)。如图6所示。 BGA一出现便成为CPU、南北桥等VLSI芯片的高密度、高性能、多功能及高I/O引脚封装的最佳选择。其特点有: 引脚数虽然增多，但引脚间距远大于QFP，从而提高了组装成品率; 2.虽然它的功耗增加，但BGA能用可控塌陷芯片法焊接，简称C4焊接，从而可以改善它的电热性能: 3.厚度比QFP减少1/2以上，重量减轻3/4以上; 4.寄生参数减小，信号传输延迟小，使用频率大大提高; 5.组装可用共面焊接，可靠性高; 封装仍与QFP、PGA一样，占用基板面积过大; Intel公司对这种集成度很高(单芯片里达300万只以上晶体管)，功耗很大的CPU芯片，如Pentium、Pentium Pro、Pentium Ⅱ采用陶瓷针栅阵列封装CPGA和陶瓷球栅阵列封装CBGA，并在外壳上安装微型排风扇散热，从而达到电路的稳定可靠工作。 四、面向未来的新的封装技术 BGA封装比QFP先进，更比PGA好，但它的芯片面积/封装面积的比值仍很低。 Tessera公司在BGA基础上做了改进，研制出另一种称为μBGA的封装技术，按焊区中心距，芯片面积/封装面积的比为1:4，比BGA前进了一大步。 1994年9月日本三菱电气研究出一种芯片面积/封装面积=1:的封装结构，其封装外形尺寸只比裸芯片大一点点。也就是说，单个IC芯片有多大，封装尺寸就有多大，从而诞生了一种新的封装形式，命名为芯片尺寸封装，简称CSP(Chip Size Package或Chip Scale Package)。CSP封装具有以下特点: 1.满足了LSI芯片引出脚不断增加的需要; 2.解决了IC裸芯片不能进行交流参数测试和老化筛选的问题; 3.封装面积缩小到BGA的1/4至1/10，延迟时间缩小到极短。 曾有人想，当单芯片一时还达不到多种芯片的集成度时，能否将高集成度、高性能、高可靠的CSP芯片(用LSI或IC)和专用集成电路芯片(ASIC)在高密度多层互联基板上用表面安装技术(SMT)组装成为多种多样电子组件、子系统或系统。由这种想法产生出多芯片组件MCM(Multi Chip Model)。它将对现代化的计算机、自动化、通讯业等领域产生重大影响。MCM的特点有: 1.封装延迟时间缩小，易于实现组件高速化; 2.缩小整机/组件封装尺寸和重量，一般体积减小1/4，重量减轻1/3; 3.可靠性大大提高。 随着LSI设计技术和工艺的进步及深亚微米技术和微细化缩小芯片尺寸等技术的使用，人们产生了将多个LSI芯片组装在一个精密多层布线的外壳内形成MCM产品的想法。进一步又产生另一种想法:把多种芯片的电路集成在一个大圆片上，从而又导致了封装由单个小芯片级转向硅圆片级(wafer level)封装的变革，由此引出系统级芯片SOC(System On Chip)和电脑级芯片PCOC(PC On Chip)。 随着CPU和其他ULSI电路的进步，集成电路的封装形式也将有相应的发展，而封装形式的进步又将反过来促成芯片技术向前发展。
我国半导体产业现状及前景分析全球半导体产业向亚太转移，我国半导体产业融入全球产业链全球半导体市场规模06年达到亿美元。主要应用领域包括计算机、消费电子、通信等。在电子制造业转移和成本差异等因素的作用下，全球半导体产业向亚太地区转移趋势明显。我国内地半导体产业发展滞后于先进国家，内地企业多位于全球产业链的中下游环节。我国半导体产业成为全球产业链的组成部分，产量和产值提高迅速，但是产品技术含量和附加值偏低。2007年半导体产业大幅波动，长远发展前景良好半导体产业的硅周期难以消除。2007年上半年，在内存价格上升等因素作用下，全球半导体市场增速明显下滑。至2007年下半年，由于多余库存的降低、资本支出的控制，半导体市场开始回升。预计2008年，半导体产业增速恢复到一个较高的水平。长远来看，支撑半导体产业发展的下游应用领域仍然处在平稳发展阶段，半导体产业的技术更新也不曾停滞。产品更新与需求形成互动，推动半导体产业持续增长。我国半导体市场规模增速远快于全球市场我国半导体市场既受全球市场的影响，也具有自身的运行特点。我国半导体应用产业中，PC等传统领域仍保持平稳增长，消费电子、数字电视、汽车电子、医疗电子等领域处于快速成长期，3G通信等领域处于成长前期。我国集成电路市场规模增速远快于全球市场，是全球市场增长的重要拉动元素。2006年，我国集成电路市场已经成为全球最大市场。我国半导体产业规模迅速扩大，产业结构逐步优化我国半导体产业规模同样快速提高。在封装测试业保持高速增长的同时，设计和制造业的比例逐步提高，产业结构得到优化。在相关管理部门、科研机构和企业的共同努力下，我国系统地开展了标准制定和专利申请工作，有效地保障本土企业从设计、制造等中上游产业链环节分享内地快速增长的电子设备市场。分立器件、半导体材料行业是我国半导体产业的重要组成部分集成电路是半导体产业的最大组成部分。分立器件、半导体材料和封装材料也是半导体产业的重要组成部分。我国内地分立器件和半导体材料市场和产业也处于快速增长之中。上市公司我国内地半导体产业上市公司面对诸多挑战。技术升级和产品更新是企业生存发展的前提。半导体材料生产企业有较强的定价能力，在保持产品换代的前提下，有较大的成长空间；封装测试公司整体状况较好；分立器件企业发展不均。全球半导体产业简况根据WSTS统计，2006年全球半导体市场销售额达2477亿美元，比2005年增长；产量为5192亿颗，比2005年增长；ASP为美元，比2005年下降。从全球范围来看，包括计算机(Computer)、通信(Communication)、消费电子(ConsumerElectronics)在内的3C产业是半导体产品的最大应用领域，其后是汽车电子和工业控制等领域。美、日、欧、韩以及中国台湾是目前半导体产业领先的国家和地区。2006年世界前25位的半导体公司全部位于美国、日本、欧洲、韩国。2005年，美国和日本分别占有48%和23%的市场份额，合计达71%。韩国和台湾的半导体产业进步很快。韩国三星已经位列全球第二；台积电(TSMC)的收入在2007年上半年有了很大的提高，排名快速升至第6，成为2007年上半年进入前20名的唯一一家台湾公司，这从一个侧面反映了台湾代工业非常发达。中国市场简况中国已经成为全球第一大半导体市场，并且保持较高的增长速度。2006年，中国半导体市场规模突破5800亿，其中集成电路市场达4863亿美元，比2005年增长，远高于全球市场的增速。我国市场已经达到全球市场份额的四分之一强。在市场增长的同时，我国半导体产业成长迅速。以集成电路产业为例，2006年国内生产集成电路亿块，同比增长。实现收入亿元，同比增长。我国半导体产业规模占世界比重还比较低，但远高于全球总体水平的增长率让我们看到了希望。中国集成电路的应用领域与国际市场有类似之处。2006年，3C(计算机、通信、消费电子)占了全部应用市场的，高于全球比例。而汽车电子的比例，比起2005年的有所提高，仍明显低于全球市场的。与此相对应的是，我国汽车市场销量呈增长态势，汽车电子国产化比例逐步提高。这说明，在汽车电子等领域，我国集成电路应用仍有较大成长空间。我国在国际半导体产业中所处地位我国半导体市场进口率高，超过80%的半导体器件是进口的。国内半导体产业收入远小于国内市场规模。2006年国内IC市场规模达5800亿，而同期国内IC产业收入是亿。我国有多个电子信息产品产量已经位居全球第一，包括台式机、笔记本电脑、手机、数码相机、电视机、DVD、MP3等。中国已超过美国成为世界上最大的集成电路产品应用国。但目前国内企业只能满足不到20%的集成电路产品需求，其他依赖进口。中国大陆市场的半导体产品前十名的都是跨国公司。这十家公司平均21%的收入来自中国市场。这与中国市场占全球市场规模的比例基本吻合。2006年这十家公司在中国的收入总和占到中国大陆半导体市场规模的。上述两组数字从另一个侧面反映出跨国公司占有国内较高市场份额。国内半导体市场对进口产品依赖性高。虽然我国半导体进口量非常大，但出口比例也非常高。2005年国内半导体产品有64%出口。这种现象被称为“大进大出”，主要是由我国产业链特点造成的。总的来看，我国IC进口远远超过出口。据海关统计，2006年我国集成电路和微电子组件进口额为1035亿美元，出口额为200亿美元，逆差巨大。由于我国具有劳动力竞争优势，国际半导体企业把技术含量相对较低、劳动密集型的产业链环节向我国转移。我国半导体产业逐渐成为国际产业链的一环。产业链调整和转移的结果是，我国半导体产业在低技术、劳动密集型和低附加值的环节得到了优先发展。2006年，我国IC设计、制造和封装测试业所占的比重分别是、和。一般认为比较合理的比例是3:4:3。封装测试在我国先行一步，发展最快，规模也最大，是全球半导体产业向中国转移比较充分的环节。而处于上游的IC设计成为最薄弱的环节。芯片制造业介于前两者之间，目前跨国公司已经开始把芯片制造逐步向我国转移，中芯国际等国内企业发展也比较快。这样的产业结构特点说明，国内的半导体企业多数并未直接面对半导体产品的用户—电子设备制造商和工业、军事设备制造商，甚至多数也没有直接分享国内市场。更多的是充当国际半导体产业链的一个中间环节，间接服务于国际国内电子设备市场。这种结构，利润水平偏低，定价能力不强，客户结构对于企业业绩影响较大。究其原因，还是国内技术水平低，高端核心芯片、关键设备、材料、IP等基本依赖进口，相关标准和专利受制于人。国内企业发展也不够成熟，规模偏小，设计、制造、应用三个环节脱节。与产业链地位相对应，我国大陆的企业多为Foundry(代工)企业，这与台湾的产业特点相类似。国际上大的半导体跨国公司多为IDM形式。2007全球半导体市场波动，未来增长前景良好半导体产业长期具有行业波动性硅周期性依然将长期存在。这是由半导体产业所处的位置决定的。半导体产业本身具有较长的产业链环节。同时，半导体产业本身是电子设备大产业链的一个中间环节。下游需求和价格变动等外在扰动因素、产业技术升级等内在扰动因素必然在整个产业链产生传导作用。传导过程存在延时，从而导致半导体公司的反应滞后。半导体产业只有提高自身的下游需求预见性，及早对价格、需求和库存等变动做出预测，从而尽量减小波动的幅度。但是，半导体产业的波动性将长期存在。2006年全球手机销售量增加21%2006年全球手机销售量为亿部，同比增长21%，其中，2006年四季度售出亿部，占全年。Gartner预测2007年手机销量为12亿部，比2006年增加2亿部。手机市场增长平稳。手机作为个人移 动终端，除了通信和已经得到初步普及的音乐播放功能外，将集成越来越多的功能，包括GPS、手机电视等等。3G的逐渐部署也极大促进手机市场的增长。手机用芯片包括信号处理、内存和电源管理等。图9反映了手机用内存需求的增加情况。2006至2011年全球数字电视机市场将增长一倍iSuppli预测，从2006年至2011年全球数字电视机半导体市场将增长一倍，从71亿美元增至142亿美元。数字电视机的芯片应用包括输入/输出电路、驱动电路、电源管理等方面。带动数字电视机增长的因素有多种，包括平板电视价格下降，新一代DVD播放机普及，高清电视推广等。此外，许多国家的政府都宣布了从模拟电视切换到数字电视广播系统的计划。例如，2009年2月17日，全美模拟电视将停播，全部切换为数字电视广播。中国内地半导体产业的“生态”环境中国大陆半导体产业作为国际产业链的一个环节，企业形态以代工型企业(foundry)为主，产业结构偏重封装测试环节，半导体制造快速发展，未来我国半导体产业与国际产业大环境的联系将愈发密切。总的来看，国内企业规模和市场份额相对较小，产品单一，企业发展和技术水平还不够成熟稳定，行业处于成长期。下游通信、消费电子、汽车电子等产业同样是正在上升的市场，发展程度低于国际先进水平，发展速度快于国际平均水平。各种因素共同作用，使得我国半导体产业发展并非完全与国际同步，具备自身的产业“生态环境”，具有不同的发展特点。2007年上半年，虽然全球市场增速只有2%，但我国内地依然保持了较高的增长速度。上半年中国集成电路总产量同比增长，达到亿块。共实现销售收入总额亿元，同比增长。收入增长与2006上半年的48%相比有所回落，部分是受国际市场的影响，但相当大的程度还是国内产业收入基数增大等因素及内在发展规律所致。我国半导体市场和产业规模增长远快于全球整体增速受益于国际电子制造业向我国内地转移，以及国内计算机、通信、电子消费等需求的拉动，我国内地半导体市场规模的增长远快于全球市场的增长速度，已经成为全球半导体市场增长的重要推动区域。作为半导体产业的重要组成部分，国内集成电路产业规模也是全球增长最快的。上世纪90年代初，我国IC产业规模仅有10亿元，至2000年突破百亿元，用了近10年时间；而从2000年的百亿元增至2006年的千亿元，只用了6年时间。今年年底，中国集成电路产业收入总额有望超过全球8%，提前实现我国“十一五”规划提出的“到2010年国内集成电路产业规模占全球8%份额”的目标。我国半导体应用产业处在高速发展阶段PC、手机等传统领域发展依然平稳，同时多媒体播放GPS和手机电视为手机等移 动终端带来了新的增长点。我国数字电视、3G、汽车电子、医疗电子等领域发展进程有别于国际水平，未来几年内将进入高速发展阶段，有力促进国内半导体需求。抢占标准制高点，充分利用国内市场资源其实，从目前的角度来看，我国市场规模的快速增长，国内企业在某种程度的程度还不是直接受益者。这是由国内半导体产业在国际产业链中所处的位置所决定的。这一情况在逐步改善，其中最重要的一点，就是我国在标准和专利方面取得突破。国内的管理部门、专家团队、科研机构和企业已经具有了产业发展的规划能力和前瞻性。在国内相关发展规划的指导下，产业管理部门、科研机构和企业的共同努力，促使3G通信标准TD-SCDMA、数字音视频编解码标准AVS标准、数字电视地面传输国家标准DTMB等系列国内标准出台；手机电视标准虽然尚未明确，但CMMB等国内标准已经打下了良好的基础。这些国有标准虽然未必使国内公司独享这些领域的半导体设计和制造市场，但是标准的制定主要是依靠国内科研机构和企业。在标准制定的过程之中，这些科研机构和企业已经系统地实现了相关技术，研发出了验证产品，取得先入优势。标准制定的同时，国内科研机构已经开展专利池的建设。这样，国内半导体产业就具备了分享这些领域的国内市场的有利条件。我们有理由相信，国内数字电视、消费电子等产业进一步发展，已经对国内半导体产业等上游产业具有了昔日不可比拟的带动能力，本土半导体公司可以更加直接的“触摸”到国内半导体应用产业了。产业链结构缓慢向上游迁移自有标准体系的建立，使国内半导体产业的发展具备了一定的优势。身处有利的“生态环境”内，我国半导体产业发展前景良好。目前，我国半导体产业结构已经在逐渐发生变化。2002年，中国IC设计、制造和封装测试业所占的比重分别为、、和，2006年，这一数字变为、和。设计、制造、封装测试三业并举，我国半导体产业才能产生更好的协同作用，国际公认的合理比例是3:4:3。我国半导体产业比例的改变，说明我国集成电路产业在向中上游延伸，但距离理想的比例还有差距。设计和制造业需要更快的提高。芯片设计水平和收入逐步提高从集成电路产业链的角度来看，只有掌握了设计，使产业链结构趋于合理，才能掌握我国IC产业的主动权，才能进入IC产业的高附加值领域。近年来，我国集成电路的设计水平不断提高。20%的设计企业能够进行微米、100万门的IC设计，最高设计水平已达90纳米、5000万门。虽然我国半导体产业很多没有直接分享国内3G、消费电子等领域的高成长。但是，这些领域确实对我国IC设计业的发展提供了良好的发展契机。例如，鼎芯承担了中国3G“TD-SCDMA产业化”国家专项，并在2006年成为中国TD产业联盟第一家射频成员；展讯通信(上海)有限公司是一家致力于手机芯片研发的半导体企业，2006年的销售额达亿元。内地排名第一的芯片设计企业是珠海炬力集成电路设计有限公司(晶门科技总部位于香港)，MP3芯片产品做的比较成功，去年的销售额达到了亿美元。中星微电子和展讯通信公司先后获得国家科技最高奖—国家科技进步一等奖。芯片生产线快速增长我国新建IC芯片生产线增长很快。从2006年至今增加了10条线，平均每年增加6条。已经达到最高90纳米、主流技术微米的技术水平。12英寸和8英寸芯片生产线产能在国内晶圆总产能中所占的比重则已经超过60%。跨国企业加快了把芯片制造环节向国内转移的速度，Intel也将在大连投资25亿兴建一座芯片生产厂。建成投产后形成月产12英寸、90纳米集成电路芯片52000片的生产能力，主要产品为CPU芯片组。目前我国大尺寸线比例仍然偏小，生产线的总数占全世界的比例也还小于10%。“十一五”期间我国IC生产线有望保持快速增加。
因为伪造芯片十个亿，对我国造成了巨大的经济损失，而且错失了芯片的最佳发展时期，所以让我国芯片产业落后其他国家。
2018年4月17日凌晨，美国商务部宣布，将禁止美国公司向中兴通讯销售零部件、商品、软件和技术7年，直到2025年3月13日。该消息一出，在我国国内引起了轩然大波，上至中国政府，下至普通百姓都深刻意识到，中国自行设计、制造芯片已刻不容缓。一块指甲盖大小的芯片，如今已成为全球企业竞争、 科技 比拼的重要筹码。 同年，还在美国密歇根大学攻读博士的叶茂在导师推荐下，开始独立负责一门研究生课程，主讲芯片集成纳米制造技术。看着教室里不同肤色、不同国家的学生，想到闹得沸沸扬扬的中国芯片被美国“卡脖子”事件，站在讲台上传授芯片集成纳米制造技术的叶茂，心中越来越不是滋味。在密歇根冰天雪地的深夜里，有一个想法在他的脑袋里冒了出来：“我或许可以做点什么”。 当这个想法越来越多地出现后，叶茂开始为回国做准备了。“我就在想，我既然掌握着芯片集成纳米制造这门技术，为什么要留在美国给外国学生讲呢，我应该回到国内去，给国内的学生讲这些知识。”几次辗转奔波之后，2020年，叶茂正式加入北京航空航天大学。 春寒料峭，市场的需求，政策的加持，科研的创新……在“中国芯”迎来绝地反击的“春天”里，叶茂就此蓄势发力，向着更多的可能全力奔跑。 即便已经跨入而立之年，叶茂的身上仍保持着最初的那种纯粹：无畏无惧，一往无前；随心而行，随遇而安。 2007年，叶茂考进华中 科技 大学材料科学与工程学院。在大学期间，叶茂并不算一个特别勤奋和“听话”的学生，他在学习上的动力大多来源于兴趣，喜欢做什么就去做什么。有一天，他突然萌生了“想出国去看一看”的想法，于是就自己准备出国考试（托福和GRE），并拿到了奖学金，去了美国密歇根大学攻读机械工程硕士。 叶茂的硕士导师是一个印度人，在美国密歇根大学有着举足轻重的影响力和地位。叶茂来到他的门下时，获得了一份研究工作，以此可以全免学费同时还有一份科研助理的工资，是很好的待遇。叶茂问导师：“我的成绩不是最好的，简历也不是最漂亮的，这么好的待遇为什么给我呢？” 叶茂的导师回答说，因为他觉得叶茂在这项研究上很有自己的想法。在去美国之前，叶茂已经和导师有过一些交流，在交流中，针对一些研究上的问题，他给出了多种解决方案，自此给他的导师留下了深刻的印象。“他觉得这是我很大的一个亮点。”跟随硕士生导师，叶茂从事了利用纳米生物材料仿生骨支架的相关工作，并取得了一系列成果。 2014年，叶茂硕士毕业后原本打算直接工作。他坦言道：“我读博士其实是一件十分偶然的事情。”当时，叶茂刚刚找到工作，偶然在一次学术报告上碰到了刚来到密歇根大学工作的Yasha Yi教授，通过交流，两个人碰撞出了很多新的想法，然后他的博士生导师对他说：“我们或许可以实现它们（这些想法）”。就这样，叶茂放弃了到手的工作机会，选择继续在密歇根大学攻读电子与计算机工程博士。 叶茂的主要研究方向是芯片集成光电子器件与芯片集成纳米制造技术。简单来说，后者是为前者服务的，为了制造芯片集成光电器件，往往需要花大量的时间和精力在芯片集成纳米制造技术上面。自2014年起，叶茂就进入美国顶级（state of the art）大型芯片集成实验室劳瑞纳米加工技术实验室（Lurie Nano Fabrication Facility）学习基于硅基材料的纳米制造和芯片集成技术，并在之后的研究工作中逐渐掌握了这项技术。 在国外的学习期间，叶茂主要围绕可见光波段光学超构表面和超构透镜、医用闪烁体的光抓取纳米结构及芯片集成激光雷达光学相控阵（OPA）器件等方面进行了深入系统研究，取得了若干国际领先的重要成果。 叶茂开发了基于大折射率富硅基氮化硅的超构透镜设计与制造工艺体系，突破了可对抗刻蚀延迟的超构透镜和无色散超构透镜设计技术，解决了可见光波段光学超构表面和超构透镜制造难度大、成本高及存在色散等难题，研制了基于可见光波段的光栅结构超构透镜、线偏振超构透镜和具有聚焦结构的超构透镜等集成光子学器件；他开发了可用于医用闪烁体材料的光抓取纳米结构，极大地提高了常规医用闪烁体的发光效率；针对芯片集成激光雷达中的核心偏光组件，他提出了基于光学相位矩阵（OPA）和光学超构表面相结合的非机械式可控偏光方案，可极大地减小激光雷达的体积、重量和成本。相关成果已在领域内知名学术期刊发表论文20余篇，授权国际专利1项。 其中叶茂研发的可设计聚焦结构的光学方法被世界知名 科技 评论《麻省理工 科技 评论》（ MIT Technology Review ）专题报道，并指出了此技术在未来芯片光刻行业具有重要应用前景（文章题目为“为什么超构透镜即将为芯片制造业带来革命”“Why metalens are about to revolutionize chip-making”）。 在国外学习和研究多年，叶茂与导师之间的关系更像是朋友和合作伙伴，这种关系一直维持到现在。叶茂说，他和他的博士生导师都是十分理想主义的人，总想着可以做出一些东西去改变世界。因此，他们的研究十分务实，往往会考虑一些前沿技术在工业界大规模应用的可行性，比如研发比较前沿的超透镜时要去研究如何降低成本，以实现大规模生产。 在与导师及其他老师的不断交流中，叶茂越来越坚定这种价值认知：做出好的成果不是为了发论文，不是为了功与名，而是为了去改善人们的生活，让这个世界变得更好。“我们一直在朝着这个目标前进，我们在做出成果时，往往第一时间就会想到，这个能不能得到应用？跟同行业相比，它的优势在哪里？我们做研究最终的目的一定是让科研成果惠及人类，惠及世界。”叶茂说道。 就像是一场修行，叶茂在美国不断汲取知识，增长见识，提升能力，迅速成长为芯片制造行业内的知名青年学者。他表示：“芯片集成纳米制造工艺的开发是非常费精力的，但是当你亲手制造出40纳米、20纳米的结构及器件后，你了解了芯片制造工艺的每一个细节，这都是非常宝贵的经验。现在，回过头想一想，这是我在美国最大的收获之一。” 即便已经在国外打下了一片自己的天地，但是叶茂回国就职的道路依然不是顺遂的。 在美国待了7年多，叶茂不认识国内学术界任何人，只能在网上搜索求职，海投简历。好在当时国内很多学校都有海外青年论坛，一些高校对叶茂热情地发出了邀约。于是，在2018年短暂的圣诞假期，他回国一次性跑了4所高校。但这不是一次成功的旅程，相比于叶茂拿出的一些纳米制造技术和器件成果，他当时碰到的老师们似乎对简历上论文的影响因子更感兴趣。那年的冬天，他第一次知道还有论文分区这回事。 也曾有人劝叶茂先在一些高影响因子的期刊多发几篇论文，再以此为台阶回国就业。思考过后，叶茂拒绝了。“我或许可以这么做，但这并不是我做研究的初心，研究成果的价值在于它是否能推进其所在领域的进步。我觉得能真正解决问题，能真正可以应用上的研究就是好的研究。”即便2018年的那次短暂回归没什么收获，但叶茂仍然坚持回国的想法。博士毕业后，他继续做了一年的博士后研究，将之前没有完成的工作完成，并于2019年年底又回到了国内。 这一次，叶茂遇到了懂他的“伯乐”——房建成院士。在经过一番深入的交流之后，房建成院士对他说：“你的研究做得不错，我们很需要你这样的做芯片集成光电子器件与纳米制造技术方面的人才。相比论文我们更看重能实际应用的成果，能解决问题，能真正有用且好用就行。”就这样，叶茂加入了北京航空航天大学，任副研究员。 “做研究，需要找到志同道合的人，我跟房院士的想法很一致，就是做出实际有用的东西。相比发文章，我们更在乎的是能不能把芯片集成事业做起来，在自己的领域制造出中国自己的芯片并付诸产业化，改变芯片工业的格局，使中国的芯片事业追上，甚至超赶美国。”叶茂说道。 相比于芯片的设计，芯片的制造才是制约我国芯片集成事业发展的关键“短板”。如何将光电子器件进行芯片化，做得那么小的同时还降低成本，有完善的功能、好的性能、高的良品率，是一个较大的难题，而叶茂就为了解决这个难题而归。 利用多年来在芯片集成光电子器件领域的研究积累，面向国家对关键测量与导航仪器的发展需求，叶茂回国后立即开展了芯片集成量子精密测量器件理论方法与制造技术研究工作，主要包括芯片集成原子磁强计、芯片集成原子陀螺仪、功能型光学超构表面技术、面向商用的平面集成光学超构透镜等，致力于为我国在短时间内实现核心关键光电子芯片技术的突破提供强大的技术支撑。同时，叶茂还依托国家重大科研项目的开展进行了相关平台建设和教学工作。 从事科研成果多年，叶茂鲜少有负面情绪的时候。回顾自己一路走来，他说：“有问题就解决问题，我其实没有那么多时间和精力去解决情绪上的事情。” 在美国时，虽然叶茂所在团队的资源不少，但是团队的人却很少，只有他和他的师弟两个博士。那些年，就是他们两个人完成了一项又一项科学研究。在芯片集成光电子器件的制作过程会出现各种各样的问题。但是叶茂和他的师弟没有一句怨言，只是埋头工作，最终完成了多项具有严格工程指标的科研任务。“其实，我们并没有觉得很累，就是一方面有计划地去做研究，另一方面发散思维多想办法，多尝试。我们没有时间去想：这个好难，做不出来怎么办？或者说，这个太难了，不想做了。这不可能，我们既然开始做了，就一定要做出来，而且要做好。” 回国时，虽然一开始没有得到认可，但是叶茂从未想过放弃。他想的还是：什么问题都是可以解决的，只要我把成果做出来，且能用上，总有一天会有人认可的。正是这样的乐观、坚韧的精神造就了现在的叶茂。 基于原子无自旋交换弛豫（SERF）效应的原子磁强计是目前最高精度的磁场测量传感器，其理论精度可达亚飞特量级，是目前战略磁测量与医学生物磁测量设备中的核心器件。原子磁强计的芯片化将极大地缩小目前器件体积（从传统的厘米级缩小至毫米甚至微米级），降低功耗和成本，是未来高精度、微型化、阵列式量子磁传感器件的必经之路。多种军用以及医疗装备如微型量子导航系统、微型深海探潜系统、高分辨脑磁成像装置和体内介入式生物磁测量设备等，都对原子磁强计的芯片化提出了迫切需求。 2014年美国桑迪亚国家实验室受美国国家卫生研究院（NIH）和美国能源部核安全部门（DOE-NNSA）等多家单位的支持，开启了微型芯片化SERF原子磁强计阵列（OPM）原理样机的研制。此外美国国家标准技术研究所（NIST）获得美国策略环境与发展研究计划（SERDP）资助，于近年开发了适用于芯片集成制造方法的垂直键合式原子磁强计原理样机，率先开始了芯片集成原子磁强计的研究。同时，我国也在“十四五”规划中明确提出了对芯片集成量子精密测量器件的迫切需求。而对原子磁强计进行芯片化的核心就是解决芯片集成原子磁强计中光子学操控与耦合的问题，这是一项微纳光子学、芯片集成纳米制造和量子精密测量多学科交叉的卡脖子问题。 为解决这一技术难题，叶茂申请了自然科学基金青年科学基金项目“芯片化原子磁强计中集成光子学操控与耦合问题的研究”。在项目研究中，他将 探索 芯片级微小型原子磁强计中的精准光学操控方法、光/量子耦合机制，在此基础之上开发用于芯片化原子磁强计的集成光子学操控与耦合方案，最后结合微型原子系综进行集成光/量子耦合极弱磁测量实验，以期为实现芯片集成原子磁强计从无到有的突破奠定基础。 芯片集成原子磁强计中光子学操控与耦合问题的解决，是突破现有瓶颈，开发高精度、阵列式、集成化精密量子测量系统的第一步，更是实现国家“十四五”规划纲要提出迫切需求的高分辨脑磁成像、深海/深地磁探测，以及芯片化量子测量系统所要解决的核心问题。 在更加贴近人们生活的应用方面，叶茂也提道：“举个例子，我们的手机里面有陀螺仪传感器，虽然对于人们的生活已经够用了，但是其实还没有到很理想的状态。如果把量子陀螺仪做到芯片化，那手机的导航定位会更加灵敏和精确。目前，大部分自动驾驶系统依靠激光雷达作为核心测距传感器，但现在的雷达还是比较大，只能放在车顶，如果做到芯片化，不但可以减小体积，更重要的是降低成本，这样一辆车上可以安装多个不同维度扫描的芯片集成激光雷达，从而使自动驾驶更加精确和安全。” 目前，相关的工作正在有序进行当中。叶茂表示，饭要一口一口吃，路也要一步一步走。制造中国自己的芯片不是一蹴而就的，但他愿意为了这个目标不懈努力。 除此之外，叶茂以全美顶级的芯片集成超净间实验室劳瑞纳米加工技术实验室为模板，致力于建造芯片集成超净间实验室体系。芯片集成超净间实验室是微结构微系统方向重要的实验制造平台，它对未来整个电子、电气、机械、材料、生物和光学等学科可以起到重要的支撑作用。不过，平台的建设是一个长期的项目，初期的目标是以建设百级的超净间和气体净化内循环体系，人员管理和使用体系为主。5年的预期目标是可以在实验室里自行制造超越我国目前工业芯片精度的纳米结构。 “回国后，我发现国内的芯片发展已经热了。如雨后春笋般，很多制造芯片的实验室也都搭建起来了。但是，相对的，国内缺少专业的设备调试、维护及工艺开发等相关人才。”虽然实验室的建设已经提上日程，但在前期的研究当中，叶茂提出暂时使用国内建设的公共纳米制造平台。他说：“因为国家在建造芯片制造实验室方面已经花了很多钱了，我们要充分地利用好它们。相比于欧美一些成熟实验室，它们可能没有足够的工艺积累，但设备还是很好的。我们可以进行合作，利用海外的工艺经验一起开展研究攻关，提升精度，达到一个利益最大化。” 同时，叶茂也表示，为了技术的自主可控，肯定要建立自己的实验室，但是在这之前，首先要培养或引进一批相关的人才，等搭建好成熟的人才储备与管理体系，才能更好地助力实验平台的建设。 在北京航空航天大学，叶茂拟开设全英文芯片集成纳米制造课程。这门课程目前在国内学校还比较少见，即便在美国，也只有条件优秀的几所大学开设了。然而整个工业界对于电子和光学器件的趋势都在往小型化、微型化方面发展，因此芯片集成纳米制造技术不光是用来制造芯片，更是制造多种功能的新型纳米结构/器件的必经之路。这项技术在未来必然会越来越普及。依托在美国教授这门课程的经验，叶茂希望通过开设这门课程，使国内学生更加了解这项技术，为我国培养更多的芯片集成纳米制造方面的人才。 对于自己的学生，叶茂有着自己的要求和期望。一是，他希望学生拥有一颗强大的内心，不能因为研究工作难而回避，甚至放弃，要有百折不挠的精神；二是，他希望学生可以将研究的过程变快乐一点，去享受科研的过程。“经验是最宝贵的财富，哪怕这个事情你最终没有做出来，但是过程中已经积累了很多宝贵经验。如果你不去尝试，不去 探索 ，怎么可能会获得经验呢？我还是那句话，有问题解决问题，不要去逃避，不要放弃，要有把它干成的精神。” 打篮球，学习吉他，跟着短视频练就一手好厨艺……工作之余的叶茂也很认真地在生活。无论是工作，还是生活，他保持着自己的节奏，不骄不躁。对于未来，叶茂不做过多设想，也不会因为未知而焦虑，于他而言，唯一明确要做的事情，就是把握当下、拼搏努力，全身心投入到自己热爱的科研事业里。
因为这是他欺国家的资金，导致其他机构的技术和资源都受到了严重的损害，所以发展停滞。
俗话说得好，纸是永远包不住火的。一篇来自清华大学所发布的《触目惊心的汉芯片黑幕》彻底地揭露了这位“芯片之父”的丑陋嘴脸，也让他成为了真正的“芯片败类”。
对于阿里芯片登顶这一消息的真实感想就是我们在这个领域终于扬眉吐气了。 在2019 杭州 云栖会议上，达摩院 Dean 张建锋展示了第一款带光800—— 阿里的AI芯片，阿里第一颗包含800亮光的芯片比目前最好的AI芯片高4倍。
Light 800是具有偏差推理的AI芯片。这是阿里首次使用其自己的硬件体系结构并将阿里算法集成到芯片中。它也是互联网公司开发的第一个大型芯片。从性能角度来看，在行业标准ResNet-50测试中，光学800推理性能达到78563IPS，是业界最佳AI芯片的四倍，能源效率比为500 IPS/W，是第二位的倍。在杭州城市大脑业务测试中，800的计算能力相当于10个GPU。
该公司的产品库每天增加10亿张产品图片。使用传统的GPU计算能力需要1个小时，而使用light 800可以减少到5分钟。指示灯800将通过阿里云输出AI计算力。基于Light 800的AI云服务也正式启动。
在之前的六个月中，平头发布了杭州8 910、无剑SoC平台。随着Light 800的发布，平板云连接全栈产品线已初步形成，涵盖基本处理器IP，C-Sky系列、 玄铁系列，为AIOT终端提供了经济高效的IP。芯片;一站式芯片设计平台，无剑SoC平台集成了CPU、 GPU、 NPU等，以降低芯片设计门槛； AI芯片light 800通过AI云服务为AI场景提供高性能的计算能力。
阿里这些头部企业的进入一定会带动整个行业，这只是开始，未来来我国的半导体行业一定会追上和超越欧美发达国家，领先世界！
近年来，芯片的热度不减，尤其是随着5G的大规模发展和新能源汽车的发展。对芯片的需求可以说达到了前所未有的程度。全世界都在“缺芯片”。作为全球最大的芯片进口国，台湾省受到的影响越来越大。虽然部分芯片的采购仍受制于海外公司，但好消息是，未来这种情况可能会有很大改变。因为量子芯片即将问世。如果量子芯片能够研发成功，将彻底改变目前的局面。量子芯片是组装在主面板上的量子电路，具有量子信息处理的功能。论量子力学的叠加和纠缠特性，量子计算机在计算能力上已经远远超越了传统计算机。它被称为信息时代的“核武器”，关系到一个国家未来的核心竞争力。量子芯片是这项颠覆性技术的核心。理论上，量子芯片是一种可以绕过传统硅片制造的光刻机。量子芯片在衬底上集成量子电路，通过量子碰撞技术处理和传输信息，完全不需要光刻机。虽然量子技术已经取得了一些成果，但是距离投入商业应用还有很长的路要走。一旦量子芯片成功商业化，量子芯片将超越光刻技术，芯片制造领域将进入一个新的里程碑。那么光刻对我们来说就没那么重要了，告别了过去卡在芯片制造的尴尬局面。值得一提的是，目前我国量子芯片的生产仍以实验室加工为主。要实现量子芯片的大规模生产，必须要有成熟的制造技术和成熟的生产加工模式。事实上，合肥本元量子和合肥晶和集成电路有限公司两家公司的最终目的都是为了尽快上马量子计算芯片生产线，这也是国内量子计算产业发展的最大障碍。关于建立原晶量子芯片联合实验室，美国院士詹姆斯直言，美国未来不会用芯片制造中国的问题，芯片之争终将结束。相信未来中国的量子芯片也会在国际上大放异彩。
关于在我们现时代的科学技术发展当中，我们人们投入的科学技术越来越多投入的资金，同样如此创造的成果也越来越多这是中国在对科研力量方面的一个投入，关于中国本身这些年在科学力量的投入上面，已经超越了很多的国家，例如最近的一则新闻中报道，中国的投资金额超过日本，韩国，印度及德国这4个国家的总和。在这在国家方面已经能够看到中国对于科学力量的改变，企业上面中国把你的第1颗芯片问世，为何低科技ai芯片就登顶全球？
首先第1点就是关于这样的制作工艺来说的话，全球是没有过的。因为最终制成工艺来说的话，已经是触摸到现在科学技术的天花板，其他国家根本是无法研制出来的，包括美国虽然说现在在投资研发，只不过速度这也看得出中国在这方面的领先中国队技术的应用如此在以后中国的可能会比对于ai技术的应用也同样如此，在以后中国的ai技术可能会比很多国家都要更加的先进和发达。
还有就是中国的这样的一颗芯片，是属于企业公司自己研发的一颗新品。这样的一个芯片采用的技术基本上是全球最为领先，而且最先进的一个制作工艺，还有资金研发以及生产力，本来世界对于ai技术的研究就是处于在不断的发展当中，但是中国率先发力，完成了这样的芯片制作。
最后就是关于现在全世界想要制作这样的ai芯片还是存在着很多难题，首先在工艺上面同时还有资金投入以及人员配置和国家需求力度上面的，这还是要更多的努力。
因为阿里第一颗芯片的性能超级强悍，所以第一个AI芯片就能登顶全球。
真的很可笑，相同的题目，设计说明肯定大同小异，又不是研究成果，哪有什么新东西，重复率很高是正常的
联系求求一零一六四四二七九零
尽量少写，元器件的参数都是死的，写上就必重。把它的功能理解一遍，自己叙述。
芯片介绍和元件说明，基本都是一样的，不用想了，要过查重率，就多写一些自己的想法，看法，自己的分析，也可以去请教一下别人，相关知识的具体原理，然后用自己话表述出来，就可以了。慢慢来吧，我也是过来人...
[1]计算机芯片的发展史樊莉丽;董先明;, 信息与电脑(理论版), 2010,(05), 192本文阐述了芯片对现代科技的重要作用,详细介绍了芯片的发展历史,并以芯片业巨头英特尔公司为参照对象,把芯片发展分阶段进行了总结。[2]一种对计算机发展史展开研究的策略应国良;马立新;, 中国教育信息化, 2010,(07), 15-16计算机是一种人造物,是历史的产物,其进化与更新换代凝聚了若干人的智慧。随着一线教学的深入,笔者认识到若不从历史源头上对计算机发展过程予以整体上的把握,将不利于进一步参与和推动它的发展。本文在先前研究者若干研究成果的基础上,提出一种研究策略和思路:以需求产生与满足为引子,以软硬交替发展为主线,以性能不断提高为成果,以突出学科交叉为亮点。[3]论计算机发展史及展望杨露斯;黎炼;, 信息与电脑(理论版), 2010,(06), 188自从1945年世界上第一台电子计算机诞生以来,计算机技术迅猛发展,CPU的速度越来越快,体积越来越小,价格越来越低。未来光子、量子和分子计算机为代表的新技术将推动新一轮超级计算技术革命。[4]充满创新火花的计算机发展史刘瑞挺;, 计算机教育, 2009,(05), 129-130<正>回顾计算机发明的历史,每一台机器、每一颗芯片、每一种操作系统、每一类编程语言、每一个算法、每一套应用软件、每一款外部设备……无不像闪光的珍珠串在一起,令人赞不绝口。每个事例都闪烁着智慧的火花,每件史料都述说着创新的思想。在计算机科学技术领域,这样的史实就像大海岸边的贝壳,俯拾皆是;当然,要找到珍珠就得下专门功夫了。[5]信息技术教师应该读什么书(二) 计算机及信息技术发展史魏宁;, 中国信息技术教育, 2009,(15), 91-93<正>列举信息技术的应用实例,了解信息技术的历史和发展趋势历来是信息技术教师较为头疼的地方。因为通常这一课是在教室中作为理论课来上的,而教材上相关的内容又较为浅显并显得知识容量不足。教师不得不精心备课,[6]浅析计算机病毒发展史程兴中;, 辽宁行政学院学报, 2008,(06), 248+252简述了从第一个计算机病毒出现到现在,计算机病毒随着操作系统和互联网的发展而进化的过程。并对网络病毒的各种类型和特点进行了分析。[7]从汉字发展史看计算机汉字输入对汉字发展的影响周凤英;, 洛阳工业高等专科学校学报, 2005,(04), 46-47+79汉字在经历了近百年的汉字落后论的批判之后,迎来了“汉字优越论”的曙光,这两种截然相反的论调让 我们深思这样一个问题:在信息高速发展的社会中,应该怎样正确对待计算机汉字输入对标志中华民族文化的汉 字及其发展产生的冲击呢?本文以历史的眼光,纵观汉字发展史,对计算机汉字输入将会给汉字发展产生的影响 进行了较为深入的剖析。[8]浅谈CPU发展史及计算机发展前景黎菁, 电脑知识与技术, 2004,(17), 61-63本文首先简单回顾了计算机的发展情况,然后介绍了计算机硬件中最重要部分的中央处理器简单原理并着重了它的发展史。然后根据摩尔定律对计算机硬件的发展历史和前景、计算机硬件软件化做了一番介绍。[9]计算机科学发展史上的里程碑王亚军, 计算机时代, 2004,(07), 7-8回顾计算机科学的发展历程,可以发现计算机科学的基本理论和原型技术近二十年来没有什么实质性的突破,计算机科学期待着一场新的革命。[10]难以忘却的——计算机发展史谌谦;, 中国中医药现代远程教育, 2004,(07), 47-48<正> 计算机是一种机器,是人类发明的一种工具。但是它与人类发明创造的其它工具有着本质的不同。人类发明的机器大多可以看作是人的手或脚的延伸。它们能够完成的是人原本需要耗费体力去完成的事情。而计算机则不同,它可以看作是人头脑的延伸,能帮助人做那些需要耗费人脑力完成的工作。计算机的发展逐渐改变着我们的生活。这当然离不开人类科技知识的[11]计算机硬件史话——回顾CPU散热器的发展史小甘;, 少年电世界, 2003,(05), 76-77<正> 大家都知道电脑的核心部件是CPU,它能否正常工作至关重要,而保护它正常工作的部件之一有散热器的责任。随着电脑的飞速发展,散热器也取得了相应的进步,它前后经历了从风冷散热到热导管再到最新的液冷散热。它们之间有什么不同,它们又是怎样发展的呢?让我们共同关注一下它们的情况吧。[12]历届图灵奖得主简介——《ACM图灵奖(1966—1999)——计算机发展史的缩影》刘建元,康兆华, 中国大学教学, 2000,(06), 27[13]大脑的延伸──计算机发展史孙小美;, 中国科技月报, 1998,(07), 60-62[14]步履维艰 前途光明——哈尔滨方正公司计算机部发展史张亚欣, 中外企业家, 1997,(11), 6<正> 记得在93年9月份,来自总部的消息,北大方正集团成为美国Digtal PC中国唯一总代理,心里踌躇。方正排版方兴未艾,怎么又有时间做PC?何总前瞻未来,迅速做出在方正分公司成立计算机部的决定。由于本人的爱好,这方面又稍有特[15]计算机发展史上的“世界第一”中国培训, 1995,(10), 45<正> 1.最早的第一种计算工具—— 算筹,是中国发明的,约在公元前一 千多年前,在公元六世纪算筹转变为 算盘。 2.第一把计算尺是1620年英国 E·冈特发明的,是一种直线式对数计算尺。 3.第一台能进行加减运算的机械计算机是法国B·帕斯卡1642年发明的,利用齿轮进行转动。 4.第一个发明二进制的逻辑代数的是英国G·布尔,布尔代数后来成为电子计算机硬件和软件设计的基础。[16]电子计算机发展史何力;, 人民教育, 1985,(03), 44<正> 第一代电子计算机1946年诞生于美国的陆军阿贝丁炮击场。它是一个庞然大物,占地面积170平方米,重量达30多吨,运算速度为每秒5,000次。它使当时的一切运算工具相形见绌。人工需要一个星期才能完成的弹道轨迹计算,它仅用3秒钟就完成了。[17]计算机五十年代发展史陈厚云,王行刚, 自然辩证法通讯, 1983,(04), 39-47<正> 五十年代是计算机从实验室走向实用化,从单机试制转向工业生产,计算机应用从科技计算扩展至数据处理的时期。这段历史所揭示的计算机行业的许多重要特征和发展规律,对于计算机发展后进的国家,至今仍然不无启迪。一、从实验室到实用化四十年代后期,美国普林斯顿高级研究所(The Institute for Advanced Study-IAS)云集了许多著名学者和工程师。其中有冯·诺依曼(von Neumann),研制美国第一台电子数字[18]信息时代的黎明——七十年代计算机发展史王行刚;陈厚云;, 自然辩证法通讯, 1982,(04), 51-59<正> 一、微型机迅猛拓广七十年代计算机发展最重大的事件莫过于微型机的诞生和迅猛拓广。1969年8月,一个年轻的设计人员,现在Zilog公司的创始人,提出了一项大胆的设想:(1)将日本设计的台式计算机中11片逻辑电路压缩成3片,即中央处理机、读写存储器和只读存储[19]电脑的成长:六十年代计算机发展史陈厚云;王行刚;, 自然辩证法通讯, 1980,(06), 52-63目前我国计算机事业的发展状况,从总的来看,大体上相当于美国六十年代初期水平。因此,研究国外、尤其是美国六十年代计算机发展所走过的道路,探讨分析其经验教训,对于我国计算机事业的今后发展是会有所启发、有所借鉴的。本文所作的是一个尝试。[20]火力发电厂采用控制计算机的发展史二川原诚逸;胡树松;, 华北电力技术, 1979,(Z2), 82-92+112日本日立公司应北京电业管理局的要求于1978年6月在陡河电站进行了一个多月的讲课,介绍有关控制机的情况,现将其中“控制机发展史”及“汽机、锅炉数学模型的建立方法”整理印出,以供参考。北京电业管理局控制机讲习班 1979年2月1日[1]生活情境法在大学计算机信息技术实验教学案例中的应用研究周蕾;, 长春理工大学学报, 2010,(09), 185-187针对大学计算机信息技术实验教学过程中出现的问题,以建构主义理论中抛锚式和支架式教学模式为依据,结合学生熟悉的生活情境,设计一套联系紧密的实验教学案例,让学生在教师搭建的脚手架帮助下,完成知识的意义建构过程。实验证明,该模式可以有效提高学生的信息素养和实践能力,提高课堂教学效率和效果。[2]浅议中职《计算机应用基础》课程教学职业生活化实践万兰平;, 科技信息, 2010,(29), 275+237《计算机应用基础》课程是中职学生的基础课程,我们希望学生通过学习这门课程,真正做到将所学运用于将来的职业生活的目的。对于我们职业学校的基础课程教师来说,我们应考虑如何让学生未来的职业生活走进我们的《计算机应用基础》课程教学。如何让抽象的计算机基础知识贴近职业生活?如何使计算机知识运用于职业生活?教师应该尝试创设具有专业职业生活气息,贴近学生认知水平的问题引入,举例职业生活实例,根据知识特点情况,将所教知识,点滴渗透,从而构建职业生活化实践的《计算机应用基础》教学。[3]改进日常生活中应用计算机检索信息的探讨权彦清;, 经营管理者, 2010,(23), 367互联网高速发展,信息爆炸的时代,计算机在我们获得信息的渠道上占据重要地位。本文从细节出发,介绍在日常生活中如何更好利用搜索引擎以及辅助相应的搜索策略,让我们在浩如烟海的信息中找到自己所需要的资料。[4]影像视频格式在计算机教学中与生活中的应用谢静波;, 科技信息(学术研究), 2008,(32), 553-554在我们的教学与日常生活中,音频、视频与我们紧密相连,教学怎样制作多媒体课件;日常生活中有手机、电视、电脑、MP4、MP5等等,怎样用好这些电器;随着网络的高速发展,流式视频格式越来越多,怎样上网看电视,下载视频?这都是摆在现代人前面的问题。本文从四个方面介绍影像视频格式与应用:一、本地影像视频;二、网络影像视频;三、视频格式大转换;四、在教学与生活中的应用。[5]计算机应用与我国少数民族生活方式何国强, 广西民族研究, 2000,(03), 29-34从 1 98 5年起 ,计算机软件开发和大规模产业化的发展将第三次技术革命推进至信息革命时代。电子计算机的应用开始渗透到了几乎一切生产领域 ,也正一步一步地走进人们的生活。本文从生活方式的角度分析计算机对人们的影响 ,以及对计算机在少数民族中应用的忧思 ,并提出利用计算机发展民族地区经济的建议[6]计算机在生活小区物业管理中的应用莫继红, 电脑与信息技术, 1997,(04), 29-30本文提出了用计算技术实现生活小区物业管理的一种方法，重点讨论了物业管理的目标以及应用系统的设计方法。[7]计算机在日常生活中的应用赵国求;, 武钢技术, 1985,(01), 74<正> 一、手表计算机日本制造了一种既可做手表用,又具有计算机功能的超小型手表计算机。它由手表,键盘和控制器三部分组成,手表可以单独使用,如果与键盘连结在一起,就成了一部完整的超小型计算机。手表内装有中央运算处理装置和五个大规模集成电路,可存储二千个单字和一百个左右的电话号码或七十个人的通讯地址。
帮你整理了一下，请参考！参考文献：1、 and Quantum Information[M].Cambridge University Press,、 computable numbers,with an application to the Entscheidungsproblem,Proc. Lond,、Quantum Information Scienceand TechnologyQuIST program [J].Defense Advanced Research ProjectsAgency DARPA,2004,、Karl Systems (3rd ed.).Prentice 、孙凤宏.探索未来计算机技术发展与应用[J]. 青海统计, 2007,(11) . 6、蔡芝蔚. 计算机技术发展研究[J]. 电脑与电信, 2008,(02) . 7、文德春. 计算机技术发展趋势[J]. 科协论坛(下半月), 2007,(05) . 8、姚正. 计算机发展趋势展望[J]. 商情(教育经济研究), 2008,(01) . 9、许封元. 计算机发展趋势[J]. 农业网络信息, 2006,(08) .10、陈相吉. 未来计算机与计算机技术的发展[J]. 法制与社会, 2007,(10) .11、何文瑶. 计算机技术发展态势分析[J]. 科技创业月刊, 2007,(05) .12、吴功宜.计算机网络[M].北京：清华大学出版社，2003，114. 13、兰晓红.计算机专业实践教学模式改革探讨[J].重庆师范学院学报，2002，19（4）：84-85. 14、张基温.基于知识和能力构建的计算机专业课程改革[J].无锡教育学院学，2003，（4）：、姬志刚，韦仕江.网络信息环境下基于创新教育改革基础上的课程整合与课堂教学.商情（教育经济研究），2008，（10）. 16、田莉.计算机网络教学实践与心得[J].企业技术开发，2008，（02）. 17、熊静琪.计算机控制技术[M].电子工业出版社.18、杨金胜.探析网络环境下计算机辅助教学[J].华商，2008，、何克忠主编.计算机控制系统[M].清华大学出版社.1998. 20、李锡雄，陈婉儿.微型计算机控制技术[M].科学出版社.21、赖寿宏.微型计算机控制技术[M].机械工业出版社.、黄梯云，《管理信息系统导论》，机械工业出版社23、甘仞初，《信息系统开发》，北京：经济科学出版社，199624、人杰、殷人昆、陶永雷 《实用软件工程（第二版）》清华大学出版社 、伍俊良《管理信息系统(MIS) 开发与应用》北京:科学出版社,199926、郭军等《网络管理与控制技术》人民邮电出版社.、曾建潮.软件工程. 武汉理工大学出版社,、熊桂喜.王小虎.李学农.计算机网络.清华大学出版社,、孙涌.《现代软件工程》.北京希望电子出版社,、王虎，张俊.管理信息系统[M].武汉:武汉理工大学出版社，.
单片机是经历长期开发与应用的嵌入式系统电子设备，与计算机相比，它具有许多显著的特点。这是我为大家整理的单片机科技论文，仅供参考!
单片机在现代科技中的应用与前景
[摘 要]单片机是经历长期开发与应用的嵌入式系统电子设备，与计算机相比，它具有许多显著的特点。当前，单片机在现代科技应用的领域越来越广泛，并在家用电器、工业控制领域、医疗器械、仪器仪表等方面取得了良好的应用效果。在未来，单片机的更新换代仍然不会停止，它会向更加智能化，自动化，抗干扰能力强，集成度高，实用性好等方面的发展。
[关键词]单片机;现代科技;应用与前景
中图分类号： 文献标识码：A 文章编号：1009-914X(2014)20-0054-02
随着现代科技的不断发展，嵌入式技术的开发及其应用在现代科技中的应用显得越来越重要。在嵌入式技术发展的趋势下，单片微型计算机(简称“单片机”)应运而生，并随着时代要求的发展不断地更新换代。到20世纪70年代前半期，单片机己经发展为嵌入式系统最为突出的典型代表之一，英特尔公司更将其命名为“嵌入式微控制器”。 单片机的产生极大程度上推动着整个现代科技应用及其功能的发展，并在许多实际应用领域都取得了显著的成效，受到社会各界的关广泛关注，其应用技术发展的越来越成熟，具体实践应用到各个领域，开发技术也越来越智能化。本文以单片机的发展及其特点为逻辑起点，对单片机的应用性及其前景进行说明与分析。
一、单片机的发展及其特点
单片机又称“单片微型计算机”，是典型的嵌入式微控制器(Microcontroller Unit)，“它并不是落实某一个具体的逻辑功能的芯片，而是把一个计算机系统集成到一个芯片上，其功能类似于一台最小系统的微型的计算机。具体来说，单片机由运算器、控制器、存储器、输入输出设备构成”[1]。
单片机产生于20世纪70年代，经历了三个发展阶段(SCM、MCU、SOC)。初期的SCM单片机基本上都是4、8位的。其中，INTEL的8051是初期单片机最具典型意义的。此后在INTEL 8051的基础上开发并应用了MCS51系列MCU系统。 由于MCS51系列MCU系统的单片机系统直到现在还在广泛使用，单片机伴随这科学技术的发展逐步开发出16位系统。但由于16位单片机的性价比不够理想，因此并未得到很广泛的应用。90年代后，随着电子产品市场的进一步繁荣发展，单片机的开发与应用得到了显著的提升。特别是INTEL i960系列与ARM系列在社会上的实践应用，32位单片机逐步地取代16位单片机的在嵌入式技术中的领先地位，并且在市场上取得了两好的效益。
与计算机相比，单片机的特点主要表现在如下几个方面：首先，单片机使用简单便捷，可实现体系布局的模块化;其次，单片机耐用时间长，有较高的耐用性;再次，单片机的处理能力强，运行速度较快;此外，单片机还具备低电压、低功耗、控制功能与环境适应能力强的特点;最后，单片机体系完备，集成了计数器、串行口、并行口、CPU、RAM与ROM等应用组件。
二、单片机在现代科技中的应用
单片机具备许多优良的特点，广泛的应在诸多领域，例如家用电器、工业控制领域、医疗器械、仪器仪表等方面，当前单片机己经得到广泛的使用，并产生了良好的应用效果。具体来说，单片机在现代科技中的应用主要体现在以下几个方面：
(一)在家用电器领域中的应用?
随着时代的发展，追求更高、更好的生活品质，对家用电器的功能需求也逐年提高，这就迫使家用电器的不断升级与改造。单片机可以满足这种需求，通过安装单片机，实现整个家用电器的智能化控制，识别相关的信息，选择合适的用户满意信息，使得家用电器在引入单片机后很好的提高了性能，更新换代的速度也得到了提升，提高了企业的竞争力，单片机应用的前景越来越广泛。例如在电视机上采用单片机技术可以使得足不出户的进行大型智能游戏的控制，选择频道方式更加便捷;微波炉可以实现食物的自动选择加热时间以及温度;洗衣机自动根据衣服材质、赃物程度，自动选择洗涤剂的用量、强度、时间等。
(二)在工业控制领域的应用
在工业领域，随着自动化的发展，尤其是在特殊环境下的，例如核工业、粉尘工业、电力高压行业等方面，对人的危害性比较大，危险性高的行业，大部分采用的是自动化操作。在此领域，单片机从此兴起，并随着应用的更加广泛在工业化控制管理，通过单片机的数据采集与过程控制手段，实现了工业化有效的智能控制管理工作，例如报警系统、流水线作业系统、自动喷漆系统等，都得到了很好的应用，随着时代的发展，其应用领域会更加广泛。
(三)在医疗器械领域的应用
现代社会，医疗条件与技术不断提升，自身的身体健康越来越受到关注然而在现有的条件下，消毒条件、住院条件，检测手段、医疗手段等都存在着诸多问题，直接影响着看病的好坏，影响着每个人的身体健康。随之而来的是现在单片机的应用在医疗器械领域，由于自身的特点与有时，可以进行多种疾病的分析，提高设备检测的准确性与可靠性，提高了诊断下药的准确性，保证了身体健康，医疗设备结构更加合理化、智能化、自动化，例如在超声波检测、呼吸系统、分析仪器等。
(四)在仪器仪表领域的应用
现在仪器仪表的生产的好坏，直接代表着一个国家的制造水平。在仪器仪表领域不断的向着智能化方向发展，单片机的作用在此领域尤其体现到其优点，具有重要的意义单片机集成度高，可靠性高、小巧，应用在仪器仪表上使得整个行业得到了很大的改变，随着单片机的集成到仪器仪表中，使得自身的设备向着数字化，智能化发展，其各方面包括处理功能测试功能，控制功能等都得到了很大的提升。例如在航空的仪器仪表中采用单片机技术，保证了仪器的可靠性、准确性，集成性高，事故率降低，提升了航天航空电子系统的智能化与自动化树皮，信息传递有效的进行。
三、单片机在现代科技中的发展前景
随着科学技术的日新月异，单片机推陈出新的速度也愈来愈快。伴随着新的CPU的加入，多位的单片机共同开发与发展是整个发展的方向。很长一段时间，单片集成电路技术在8位机发展的主要方向，随着网络通信技术的发展，16位机、32位机、64位机成为未来的发展方向。单片机的运行也会愈来愈快，防磨损能力也随之提升，具有很好的低噪声、可靠性高的优点。现在单片机为了提高抗干扰性采用EFT技术，使得单片机受外界的干扰性小，系统的时钟信号得到了很好的保证，可靠性得到了提高;布线及其驱动技术应用在单片机上降低了噪声，不至于对单片机内部的电路信号进行干扰。单片机还应用OPT技能，较之掩膜技术有着生产周期短，风险小特点，采用裸片技术或者贴面技术，实现了OPT芯片的接触不良的问题，使得得到了广泛的应用。
随着电子信息技术的发展与应用领域的逐步广泛，单片机向更加智能化，自动化，抗干扰能力强，集成度高，实用性好等方面的发展。同时，芯片的设计也愈发复杂，单片机的功能更加齐全，保有良好的耐用性、可延伸性，单片机的设计与开发、应用的前景十分广泛，领域更加宽广，智能化程度更高。
单片机在目前的发展形势下，还表现出以下趋势：首先，可靠性及应用越来越水平高和互联网连接已是一种明显的走向。 其次，所集成的部件越来越多。最后，功耗越来越低和模拟电路结合越来越多。
结语
总之，在第二十一世纪，计算机技术、智能电子技术的发展，在现代社会中发挥着举足轻重的作用，嵌入式系统是电子技术的重要组成部分，其中单片机又是嵌入式系统最具典型的代表，具有强大的发展潜力。单片机技术提高了控制领域的效率以及可靠性，实现了工业的自动化，智能化，未来的工业化发展中将随着科技的不断进步而发展。
[1] 李璞，郭敏. 单片机的应用与发展[J]. 中国校外教育 2010年S1期
单片机应用技术探究
摘要：近几年单片机得到了飞速的发展，单片机最明显的优势就是可以嵌入到各种仪器、设备中。目前大量的嵌入式系统均采用单片机，本文分析了单片机的形成及发展过程以及当前的技术进展，同时分析了影响单片机系统可靠性的原因，并论述提高单片机可靠性的措施。
关键词：单片机;可靠性技术;发展趋势
中图分类号： C35 文献标识码： A
引言
单片机,亦称单片微电脑或单片微型计算机。它是把中央处理器(CPU)、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、输入/输出端口(I/0)等主要计算机功能部件都集成在一块集成电路芯片上的微型计算机。现在可以说单片机是百花齐放的时期,世界上各大芯片制造公司都推出了自己的单片机,从8位、16位到32位,数不胜数,应有尽有,它们各具特色,互成互补,为单片机的应用提供广阔的天地。纵观单片机的发展过程,可以预示单片机的发展趋势 。
一 、单片机的应用场合
智能仪器仪表。单片机用于各种仪器仪表，一方面提高了仪器仪表的使用功能和精度，使仪器仪表智能化，同时还简化了仪器仪表的硬件结构，从而可以方便地完成仪器仪表产品的升级换代。如各种智能电气测量仪表、智能传感器等。
机电一体化产品。机电一体化产品是集机械技术、微电子技术、自动化技术和计算机技术于一体，具有智能化特征的各种机电产品。单片机在机电一体化产品的开发中可以发挥巨大的作用。典型产品如机器人、数控机床、自动包装机、点钞机、医疗设备、打印机、传真机、复印机等。
实时工业控制。单片机还可以用于各种物理量的采集与控制。电流、电压、温度、液位、流量等物理参数的采集和控制均可以利用单片机方便地实现。在这类系统中，利用单片机作为系统控制器，可以根据被控对象的不同特征采用不同的智能算法，实现期望的控制指标，从而提高生产效率和产品质量。典型应用如电机转速控制、温度控制、自动生产线等。
家用电器。家用电器是单片机的又一重要应用领域，前景十分广阔。如空调器、电冰箱、洗衣机、电饭煲、高档洗浴设备、高档玩具等。另外，在交通领域中，汽车、火车、飞机、航天器等均有单片机的广泛应用。如汽车自动驾驶系统、航天测控系统、黑匣子还有分布式系统的前端模块等等。
二、分析单片机可靠性限制原因及应对措施
目前，大量的嵌入式系统均采用了单片机，并且这样的应用正在更进一步扩展;但是多年以来人们一直为单片机系统的可靠性问题所困惑。在一些要求高可靠性的控制系统中，这往往成为限制其应用的主要原因。
1.单片机系统的失效分析
一个单片机系统的可靠性是其自身软硬件与其所处工作环境综合作用的结果，因此系统的可靠性也应从这两个方面去分析与设计。对于系统自身而言，能不能在保证系统各项功能实现的同时，对系统自身运行过程中出现的各种干扰信号及直接来自于系统外部的干扰信号进行有效的抑制，是决定系统可靠性的关键。有缺陷的系统往往只从逻辑上去保证系统功能的实现，而对于系统运行过程中可能出现的潜在的问题考虑欠缺，采取的措施不足，在干扰信号真正袭来的时候，系统就可能会陷入困境。
2. 提高可靠性的措施
减少引起系统不可靠或影响系统可靠的外界因素：
1) EFT (Electrical Fast Transient)技术。EFT技术是一种抗干扰技术，它是指在振荡电路的正弦信号受到外界干扰时，其波形上会迭加各种毛刺信号，如果使用施密特电路对其整形，则毛刺会成为触发信号干扰正常的时钟，在交替使用施密特电路和RC滤波电路时， 就可以消除这些毛否则令其作用失效，从而保证系统的时钟信号正常工作。
2) 低噪声布线技术及驱动技术。在传统的单片机中，电源及地线是在集成电路外壳的对称引脚上，一般是在左上、右下或右上、左下的两对对称点上。这样，就使电源噪声穿过整块芯片，对单片机的内部电路造成干扰。现在，很多单片机都把地和电源引脚安排在两条相邻的引脚上。这样，不仅降低了穿过整个芯片的电流，而且在印制电路板上容易布置去耦电容，从而降低系统的噪声。现在为了适应各种应用的需要，很多单片机采用"跳变沿软化技术"，从而消除大电流瞬变时产生的噪声。
3) 采用低频时钟。高频外时钟是噪声源之一，不仅能对单片机应用系统产生干扰，而且还会对外界电路产生干扰，令电磁兼容性不能满足要求。对于要求可靠性较高的系统，低频外时钟有利于降低系统的噪声。在一些单片机中采用内部锁相环技术，则在外部时钟较低时，也能产生较高的内部总线速度，从而保证了速度又降低了噪声。
三、单片机的发展趋势
1单片机技术的发展前景及趋势
由于通用型IC的仿冒现象比较严重，因此定制化IC将是未来单片机发展的主要方向。此外，尽管16位、32位单片机市场有所增加，但8位在未来三五年内仍将占主流，只是成长幅度会趋缓。从应用角度讲，盛扬看好消费类电子和家电产品，尤其是中小型家电产品，它属于比较成熟的单片机应用领域;其次是高端领域的车用产品。目前，盛扬已针对汽车周边领域推出系列产品，主要用于汽车防盗、车载电子、信息娱乐、胎压监测、里程表的面板等。
单片机拥有良好的应用前景，但厂商之间的竞争愈演愈烈。因此，对本土企业而言，要想脱颖而出，质量一定要好，同时还要注重产品的环保和可靠性，因为家电和汽车等产品对安全性的要求越来越高;其次，充分发挥本土厂商在特定应用领域的性价比优势。不过，这种性价比必须建立在性能过关、可靠度过关的基础上。
制作工艺CMO化。更小的光刻工艺提高了集成度，从而使芯片更小、成本更低、工作电压更低、功耗更低。CPU的改进。同时，采用双CPU结构，增加数据总线的宽度，提高数据处理的速度和能力;采用流水线结构，提高处理和运算速度，以适应实时控制和处理的需要。增大存储容量，片内EPROM的E2PROM化，程序的保密化，提高并行口驱动能力，以减少外围驱动芯片，增加外围?I/O?口的逻辑功能和控制的灵活性。最后，以串行方式为主的外围扩展;外围电路的内装化;和互联网连接已是一种明显的走向，可靠性及应用水平越来越高。
2微型单片化
现在常规的单片机普遍都是将中央处理器(CPU)、随机存取数据存储(RAM)、只读程序存储器(ROM)、并行和串行通信接口,中断系统、定时电路、时钟电路集成在一块单一的芯片上,增强型的单片机集成了如A/D转换器、PMW(脉宽调制电路)、WDT(看门狗)、有些单片机将LCD(液晶)驱动电路都集成在单一的芯片上,这样单片机包含的单元电路就更多,功能就越强大。甚至单片机厂商还可以根据用户的要求量身定做,制造出具有自己特色的单片机芯片。 此外,现在的产品普遍要求体积小、重量轻,这就要求单片机除了功能强和功耗低外,还要求其体积要小。现在的许多单片机都具有多种封装形式,其中SMD(表面封装)越来越受欢迎,使得由单片机构成的系统正朝微型化方向发展。
3串行扩展技术
在很长一段时间里,通用型单片机通过三总线结构扩展外围器件成为单片机应用的主流结构。随着低价位OTP(One-Time Password)及各种特殊类型片内程序存储器的发展,加之处围接口不断进入片内,推动了单片机“单片”应用结构的发展。特别是I2C、SPI 等串行总线的引入,可以使单片机的引脚设计得更少,单片机系统结构更加简化及规范化。
4、结语
单片机改变了我们生活,纵观我们现在生活的各个领域,从导弹的导航装置,到飞机上各种仪表的控制,从计算机的网络通讯与数据传输,到工业自动化过程的实时控制和数据处理,以及我们生活中广泛使用的各种智能IC卡、电子宠物等,这些都离不开单片机, 单片机有着广阔的应用前景。
参考文献
[1] 张志良; 单片机原理与控制技术; 北京,机械工业出版社,2008
[2] 李广第，朱月秀，王秀山.单片机基础.北京：北京航空航天大学出版社，2002.
[3] 胡汉才.单片机原理及系统设计.北京：清华大学出版社，2002.
去google（谷歌）里面随便就找到了。