国产电子元器件发展现状及关键技术分析

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电子元器件是构成电子信息系统的基本功能单元，是各种电子元件、器件、模块、部件、组件的统称，同时还涵盖与上述电子元器件结构与性能密切相关的封装外壳、电子功能材料等。电子元器件自主可控是指在研发、生产和保障等环节，主要依靠国内科研生产力量，在预期和控制范围内，满足信息系统建设和信息化发展需要的能力。电子元器件关键技术及应用，对电子产品和信息系统的功能性能影响至关重要，涉及到先进工艺、先进化合物半导体、微纳系统芯片集成、器件验证、可靠性等。本文简要总结国产电子元器件的发展现状，并根据发展需求开展关键技术分析，希望能给相关行业从业人员提供参考。
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1 发展现状

目前，关键领域的电子元器件国产化率不足，模块层级基本具备集成能力，瓶颈在元器件层级的高端专用芯片。我国在芯片研究整体起步较晚，由于缺乏高端人才，在核心元器件设计、制造设备、制造工艺水平等方面较落后，在高端元器件领域大多仍依赖进口。由于贸易摩擦、国际禁运等因素，高端芯片进口比例不断降低，模块供应商切入元器件核心领域。模块供应商过去通常采购国外商用芯片的方式获得核心元器件，并以此为基础进行二次开发和集成，设计完成实现特定功能的子模块。由于国外芯片禁运以及整机厂商对于核心元器件国产化率要求的不断提高，已有一些模块供应商切入元器件核心领域，投入到核心芯片的研发设计。


4 K. u8 Z" N' k1 a在高性能CPU研制方面，国内高性能CPU多采用多核多线程SoC结构，最高频率为1.5GHz左右，但国内工艺较国际差距较大，高性能CPU多采用国际先进工艺，嵌入式CPU多数采用国内工艺。在高性能DSP研制方面，国内DSP目前以兼容研制为主，开展了少量自主指令集DSP研制，已突破基于DSP IP的SoC设计，体系结构开始由单核向多核转移。在高性能低功耗SoC研制方面，国内华为公司基于ARM内核推出了用于通信设备的SoC芯片，国微电子研制了PowerPC系列的e600内核和基于ARM9的SoC。在大规模可编程器件研制方面，国内技术快速发展，逐步缩小与国外的差距，其中可编程器件规模达到千万门级，集成可编程资源、DSP、BRAM、高速接口等。在高密度高精度集成电路测试方面，国内高密度测试可达2048PIN，测试频率达12GHz以上，具备了12寸晶圆的测试技术。而在工艺加工制造方面，与国际先进水平差距巨大。
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$ B+ s  Q! I  B% m. j! _2 关键技术分析

2.1 高性能CPU设计技术
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高性能CPU设计是云计算设施、边缘计算设备和信息系统的核心处理模块，关键技术主要包括：

& l5 D8 ]# E9 c: D高性能CPU体系结构设计技术；
高性能CPU微体系结构设计技术；
. x# a8 A, h; V, ^( b# ~处理器实现技术；
4 ^1 K7 O; b* z; g7 y- G高可用设计技术；
7 C+ r1 ?* G* w1 r) ~安全可信设计技术。
! x/ d& |. G4 x. F+ T8 K. W% [0 `2.2 高性能DSP设计技术

& J- G7 W) R2 k- \- p2 T高性能数字信号处理器为各类需要信息采集、制导、控制系统中的信号处理模块提供高可靠器件，关键技术主要包括：
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+ \# j0 y. _! Z' F% t, N4 u需求驱动的DSP指令集设计技术；
高性能多核DSP微体系结构设计技术；
DSP逻辑、物理设计与优化及验证等技术；
$ G4 j0 ]0 B* S4 K7 XDSP低功耗、高可靠设计技术；
5 E3 n6 x) B. ~* h开发系统及应用技术。
2.3 高性能低功耗SoC设计技术
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高性能低功耗SoC重点支撑智能终端、卫星导航装备等对高性能系统芯片的需求，关键技术主要包括：
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8 s( p+ a" {2 U/ _1 U( @SOPC设计技术；
低功耗设计技术；
多核设计技术。
: W# g3 Z! C7 W( H/ |2.4 大规模可编程器件设计技术
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: ?5 ~$ S5 p  v5 K; L大规模可编程器件作为通用平台化芯片，广泛应用于国防军工、航空航天、工业系统中，用于实现高精度的逻辑控制、信号处理算法、通信协议等，关键技术主要包括：

8 L5 n7 K. d  V7 B2 e硬件架构技术；
功能模块系统集成技术；
时钟架构及管理技术；
# v- h6 f3 V) x先进的查找表技术；
$ H: ?. \1 X. R& A- U! h软件开发环境技术。
. S; S1 N: C. N7 V7 E2.5 大容量存储器设计技术

大容量存储器支撑智能终端、云计算、大数据以及信息系统对容量更大、速度更快、可靠性更高的存储器需求，关键技术主要包括：
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大容量SRAM器件体系架构设计技术；
/ P6 N  i5 z/ G7 e存储单元及阵列设计技术；
FLASH自主设计技术；
DRAM研制技术；
' W5 E1 }$ J3 H6 v4 \  b新型MRAM研制技术。
2.6 高密度、高精度集成电路测试技术

集成电路测试重点支撑高端芯片多通道高速在线测试技术发展，满足高密度、高频、高速、高精度集成电路的测试需求，关键技术主要包括：

高密度测试接口板信号完整性设计技术；
/ s# A0 g6 _% u! {* t内建自测试技术和扫描链测试技术；
高速、高精度数模混合信号测试技术；
12寸晶圆测试技术。
2.7 工艺加工制造技术
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" p! N- k( y7 ^7 H6 `IC工艺加工制造是电子元器件自主可控的保证，是我国自主加工制造关键核心芯片，满足国防军工、工业制造和装备研制生产需求的重要支撑，关键技术主要包括：
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工艺线宽和器件速度控制技术；
工艺的兼容性技术；
8 k6 r9 e% p9 ^- M8 n9 k0 \' i% z5 e工艺制造平台的稳定性技术；
抗辐射加固工艺技术。
2.8 高密度管壳与封装技术
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高密度管壳与封装重点支撑高端集成电路、微系统产品的封装集成需求，满足电子设备小型化、轻量化和多功能化发展需要，关键技术主要包括：
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; U4 s: l+ e8 V' L3 E0 I+ Q) j高密度管壳制造关键技术；
3D封装技术；
异质异构封装技术。

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研究研究。