翟曉斌

【摘 要】集成電路技術(shù)就是應(yīng)用某種技術(shù)將電路中的幾個(gè)晶體管、電容、電阻等元件連在一塊或者是幾塊半導(dǎo)體晶片上的微型電子技術(shù)。 集成電路減小了電子元件的體積、智能性較高、同時(shí)擁有較高的可靠性，在眾多的行業(yè)中有著非常重要的應(yīng)用，尤其是在電子設(shè)備方面。隨著電子技術(shù)的發(fā)展以及能源緊缺問(wèn)題的突出，集成電路的功耗問(wèn)題成為了集成電路技術(shù)中的一大挑戰(zhàn)，功耗問(wèn)題嚴(yán)重制約著電子技術(shù)的發(fā)展，本文重點(diǎn)對(duì)超低功耗集成電路技術(shù)進(jìn)行了探究。

【關(guān)鍵詞】超低功耗；集成電路；探究

集成電路技術(shù)早在二十世紀(jì)五十年代就已經(jīng)出現(xiàn)并且得到不斷地發(fā)展，目前已經(jīng)進(jìn)入納米量級(jí)的研究階段，該項(xiàng)技術(shù)主要涉及到芯片的設(shè)計(jì)與制造等。集成電路是一個(gè)整體，因此造成集成電路功耗的因素有很多，主要是在電路運(yùn)行的過(guò)程中各個(gè)元件發(fā)熱及做功造成能量的損耗。電子技術(shù)高度發(fā)展，集成電路包含的電子元件繁多，在半導(dǎo)體晶片緊密的排列，降低集成電路的功耗困難程度較高，需要從不同的方面研究。

一、超低功耗集成電路技術(shù)

（一）超低功耗集成電路技術(shù)的概念

超低功耗集成電路技術(shù)就是綜合集成電路的功率損耗因素采用適當(dāng)?shù)碾娐方Y(jié)構(gòu)、材料、系統(tǒng)將集成電路的功耗降到最低，實(shí)際上只能盡可能的降低集成電路功耗，不可能將功耗降到最低，所謂的最低只是相對(duì)的。

（二）集成電路功耗分析

集成電路的功耗指的是在電子設(shè)備的運(yùn)行過(guò)程中，集成電路系統(tǒng)中各個(gè)元件的輸入功率與輸出功率差值的總和。集成電路在運(yùn)行過(guò)程中元件的發(fā)熱以及做功是引起集成電路功耗的主要因素，此外當(dāng)集成電路系統(tǒng)中的線路設(shè)計(jì)、基底技術(shù)、電流、電壓等發(fā)生不良反應(yīng)以及電路內(nèi)部和外部的環(huán)境變化都會(huì)造成集成電路的功耗[1]。

二、超低功耗集成電路的設(shè)計(jì)技術(shù)

引起集成電路功耗的因素較多，集成電路的元件排列又非常的密集，降低集成電路功耗是當(dāng)前研究集成電路技術(shù)的一大核心問(wèn)題，主要從以下幾個(gè)方面分析超低功耗集成電路的設(shè)計(jì)技術(shù)。

（一）電路硬件設(shè)施

電路硬件設(shè)施主要指的是電源硬件，根據(jù)相關(guān)的物理知識(shí)可以得知供電電源的電壓越高，集成電路功耗就越大，即集成電路的功耗與供電電源電壓成正比，因此電路硬件設(shè)施是影響集成電路功耗的一大因素。在設(shè)計(jì)集成電路，選擇供電電源時(shí)要保證其電壓盡可能的低，應(yīng)用額定電源供電與動(dòng)態(tài)技術(shù)對(duì)供電電源的有效輸入電壓進(jìn)行控制，最大程度的降低集成電路功耗。若是采用的電源電壓過(guò)高會(huì)增加集成電路的功耗，還會(huì)損傷設(shè)備的硬件，縮短使用壽命；低電壓電源供電不僅能夠降低集成電路功耗而且可以延長(zhǎng)設(shè)備的使用壽命[2]。

（二）電路材料

集成電路中包含眾多的電子元件，電子元件的制備材料也多種多樣，在集成電路的運(yùn)行過(guò)程中電子元件會(huì)發(fā)熱或者是對(duì)外做功造成集成電路的能量損耗。不同的電路材料會(huì)因?yàn)殡娮璧裙逃行再|(zhì)的差異在產(chǎn)生的熱量方面存在差異，電路材料影響著集成電路的發(fā)熱狀況，選擇合適的電路材料是降低集成電路功耗的關(guān)鍵。在制備電子元件的過(guò)程中必須嚴(yán)格的對(duì)材料的發(fā)熱狀況進(jìn)行檢測(cè)并核查材料的功耗狀況，盡可能的選取性能優(yōu)良且發(fā)熱少的低功耗集成電路材料，減少電子元件的發(fā)熱造成的集成電路功耗。

（三）系統(tǒng)功耗控制

集成電路系統(tǒng)在運(yùn)行的過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)加載和等待的過(guò)程，這一過(guò)程也會(huì)造成功率的損耗；集成電路在不工作的狀況之下也存在部分電路運(yùn)行產(chǎn)生功率損耗。在設(shè)計(jì)集成電路程序的時(shí)候需要考慮系統(tǒng)的硬件與軟件的特點(diǎn)，優(yōu)化系統(tǒng)運(yùn)行中的加載和等待過(guò)程。在設(shè)計(jì)軟件的時(shí)候本著盡可能降低軟件運(yùn)行中功率損耗的原則，集成電路系統(tǒng)進(jìn)入非工作狀態(tài)時(shí)，保證部分電路處于低功率損耗的休眠狀態(tài)，用的時(shí)候隨時(shí)喚醒，不用的時(shí)候能夠關(guān)閉，降低因系統(tǒng)程序運(yùn)行而產(chǎn)生的集成電路功耗[3]。除此之外可以在外部添加合適的電源開(kāi)關(guān)來(lái)降低軟件程序運(yùn)行中產(chǎn)生的功率損耗，通過(guò)控制不同的電源開(kāi)關(guān)實(shí)現(xiàn)不同狀態(tài)下部分電子元件的運(yùn)行或終止，但是人為的控制電源開(kāi)關(guān)比較麻煩，實(shí)際生活中一般用軟件自動(dòng)的控制集成電路系統(tǒng)運(yùn)行中各元件的工作狀態(tài)。

（四）集成電路元件排列

電子技術(shù)高度發(fā)展，集成電路的組成越來(lái)越復(fù)雜，集成電路中的電子元件排列緊密，系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中電子元件會(huì)發(fā)熱，電子元件之間的排列方式會(huì)影響電子元件因發(fā)熱造成的功率損耗。在集成電路的設(shè)計(jì)過(guò)程中不僅要考慮電路元件的材料也要考慮電路元件的排列方式，通過(guò)合理的排列電路元件減少電路元件的發(fā)熱量，從而達(dá)到降低集成電路功率損耗的目的。

三、超低功耗集成電路技術(shù)的發(fā)展前景

目前能源緊缺的情況下，超低功耗集成電路技術(shù)是發(fā)展集成電路的核心技術(shù)，集成電路的組成復(fù)雜給相關(guān)技術(shù)人員帶來(lái)巨大的挑戰(zhàn)，在集成電路的設(shè)計(jì)過(guò)程中不僅要考慮集成電路的功能還需考慮集成電路的功耗問(wèn)題。超低功耗集成電路技術(shù)的研究人員要運(yùn)用現(xiàn)有的信息資源對(duì)該技術(shù)做出創(chuàng)新，推動(dòng)集成電路技術(shù)的發(fā)展，超低功耗集成電路技術(shù)的發(fā)展同時(shí)會(huì)帶動(dòng)信息存儲(chǔ)、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)等行業(yè)的迅速發(fā)展，應(yīng)用前景廣泛。

四、結(jié)語(yǔ)

功耗問(wèn)題是當(dāng)前制約集成電路技術(shù)向前發(fā)展的核心問(wèn)題，超低功耗集成電路技術(shù)從電路結(jié)構(gòu)、空間布局、系統(tǒng)功耗、集成電路材料等方面降低集成電路的功率損耗。本文主要從電路的硬件設(shè)施、電路材料、系統(tǒng)功率控制、集成電路元件排列方面探究了超低功耗集成電路的設(shè)計(jì)技術(shù)，影響集成電路功耗的因素比較復(fù)雜，除本文探究的系統(tǒng)設(shè)計(jì)、元件材料外還有眾多相關(guān)方面，需要進(jìn)一步的分析影響因素，發(fā)展超低功耗集成電路技術(shù)。

【參考文獻(xiàn)】

[1]紀(jì)寧.超低功耗集成電路技術(shù)研究[J].電力系統(tǒng)裝備，2018，（6）：118，171.

[2]許可敬.淺析超低功耗集成電路技術(shù)[J].科技資訊，2018，（2）：71-72.

[3]孫偉業(yè).超低功耗集成電路技術(shù)研究[J].環(huán)球市場(chǎng)，2016，（22）：181.