DESAFIOS DA MICROELETRÔNICA NO BRASIL E NA UFPR

Apresentação em tema: "DESAFIOS DA MICROELETRÔNICA NO BRASIL E NA UFPR"— Transcrição da apresentação:

1 DESAFIOS DA MICROELETRÔNICA NO BRASIL E NA UFPR
PROF. OSCAR C. GOUVEIA FILHO

2 ALGUNS EVENTOS HISTÓRICOS ANO EVENTO
1895 Marconi faz a primeira transmissão de rádio 1904 Fleming inventa o diodo a vácuo – início da Era da Eletrônica 1925 Lilienfield apresenta o conceito do dispositivo de efeito de campo 1947 Bardeen, Brattain e Shockley inventam o transistor bipolar nos laboratórios Bell 1956 Bardeen, Brattain e Shockley recebem o premio Nobel pela invenção do transistor bipolar nos laboratórios Bell 1958 Desenvolvimento do circuito integrado por Kylby – Texas Instruments e Noyce e Moore – Fairchild Semiconductor 2000 Kilby recebe o premio Nobel pela invenção do CI

3 LEI DE MOORE

4 LEI DE MOORE

5 LEI DE MOORE

6 Evolução nos níveis de integração
Ano Referência histórica Componentes por chip 1950 Componentes discretos 1 – 2 1960 SSI – Small-scale integration < 102 1966 MSI – Medium-scale integration 102 – 103 1969 LSI – Large-scale integration 103 – 104 1975 VLSI – Very large-scale integration 104 – 109 1990 ULSI – Ultra large-scale integration > 109

7 MERCADO MUNDIAL DA ELETRÔNICA
1992  US$ 1 Trilhão, aproximadamente 10% do PIB 2000  US$ 4 Trilhões Categoria Porção (%) Circuitos para processamento de dados 23 Programas e serviços para processamento de dados 18 Eletrônica profissional 10 Telecomunicações 9 Eletrônica de consumo 9 Componentes ativos 9 Componentes passivos 7 Eletrônica industrial 5 Instrumentação 5 Eletrônica de escritório 3 Aplicações médicas 2

8 Déficit Comercial de Produtos Eletroeletrônicos
MERCADO BRASILEIRO Déficit Comercial de Produtos Eletroeletrônicos Jan-Dez US$ 4.04 bilhões Jan-Dez US$ 5.80 bilhões Variação – - 33% Fonte: ABINEE

9 Principais produtos eletroeletrônicos importados
Importações de Produtos do Setor (US$ milhões) 2000 2001 2002  2002% 2001   Automação Industrial * 801 966 776 -20% Componentes Elétricos e Eletrônicos 6.610 6.116 5.090 -17% Equipamentos Industriais 667 1.545 1.768 14% GTD 213 338 279 Informática 1.080 1.038 733 -29% Material Elétrico de Instalação 640 593 437 -26% Telecomunicações 1.522 2.340 707 -70% Utilidades Domésticas Eletroeletrônicas 355 382 336 -12% Total 11.887 13.318 10.125 -24%

10 TECNOLOGIA DE CIRCUITOS INTEGRADOS
Microeletrônica Silício GaAs CMOS Bipolar MESFET

11 TECNOLOGIA BIPOLAR Tecnologia mais antiga - mais popular nas décadas de 60 e 70 Operação em freqüências altas Alta transcondutância - aplicações lineares Menor densidade de integração relativa aos processos MOS Maior consumo de potência relativo aos processos MOS TTL, ECL, I2L

12 Construção do transistor bipolar

13 Transistor bipolar SiGe
emissor base coletor Transistor bipolar SiGe IEEE Spectrum, Jan. 99

14 TECNOLOGIA CMOS Baixo consumo estático de potência
VDD MP Vin Vout TECNOLOGIA CMOS MN Baixo consumo estático de potência Alta densidade de integração Atualmente é a tecnologia mais utilizada Circuitos mistos analógicos e digitais no mesmo chip Tecnologia otimizada para circuitos digitais

15 Estrutura do MOSFET canal N p+ n+ p- S G D B L W + VSB - + VGB -
+ VDB - S G D B L W polissilício de porta óxido SiO2 substrato difusão de fonte ou dreno canal de inversão

16 ESTRUTURA CMOS

17 Transistores SOI Substrato de Si Camada fina de Si Metal Contatos de
fonte e dreno Porta Óxido isolante Substrato de Si Camada fina de Si

18 CLASSIFICAÇÃO DOS CIRCUITOS INTEGRADOS

19 Processadores digitais de sinais
CIRCUITOS INTEGRADOS (CI´s) Microprocessadores Microcontroladores Processadores digitais dedicados Digitais Amplificadores Filtros Moduladores Conversores A/D e D/A Analógicos Baixa freqüência Rádio freqüência (RF) Analógicos Mistos Processadores digitais de sinais

20 Circuitos digitais Circuitos Analógicos Alta densidade de integração
Ferramentas de projeto bastante desenvolvidas Projetista praticamente não trabalha a nível de transistor Utilização de linguagens de descrição de alto nível (HDL) Circuitos Analógicos Menor densidade de integração Projeto manual Projetista trabalha a nível de transistor Conhecimento do comportamento físico do dispositivo Ferramenta básica : simulador de circuitos (elétrico)

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22 EQUIPAMENTOS ELETRÔNICOS PORTÁTEIS
baixo custo baixo consumo de potência baixas tensões de alimentação Sistemas integrados

23 SISTEMAS INTEGRADOS EM UM CHIP PROPRIEDADE INTELECTUAL
Tecnologia CMOS Alta densidade de integração Baixo consumo de potência Escalamento Reutilização de projetos PROPRIEDADE INTELECTUAL Componentes virtuais

24 CRESCIMENTO DO VALOR DA PROPRIEDADE INTELECTUAL RELATIVA AO SILÍCIO
50% PROP. INT. 80% PROP. INT. 50% SILÍCIO 20% 1997 2000

25 Processo de Projeto de um Sistema Integrado em um Chip

26 Derek K. Shaeffer et all, A 115-mW, 0
Derek K. Shaeffer et all, A 115-mW, 0.5  CMOS GPS Receiver with Wide Dynamic-Range Active Filters, IEEE JOURNAL OF SOLID-STATE CIRCUITS, VOL. 33, NO. 12, DECEMBER 1998

27 FERRAMENTAS DE PROJETO (Electronic Design Automation - EDA)

28 FERRAMENTAS DE PROJETO
EDA (Electronic Design Automation) Programas de computador que realizam diversas tarefas no processo de projeto de um circuito integrado TIPOS DE FERRAMENTAS Ferramentas de validação do projeto - SIMULADORES Ferramentas para “layout”

29 SIMULADORES Simuladores lógicos: Simulam o circuito a nível comportamental. Servem para verificar se o circuito realiza corretamente a função para a qual foi projetado. A descrição do circuito é feita no nível de funções lógicas. Os sinais de entrada e saída são estados lógicos (0, 1, X, Z). Aplicação: circuitos digitais. Simuladores de atraso (timing) Determinação do atraso na propagação de sinal em circuitos digitais Usam modelos simplificados para os dispositivos .

30 SIMULADORES Simuladores Elétricos
Fazem a análise do comportamento elétrico do circuito Utilizam modelos mais complexos para os componentes Circuitos analógicos e digitais pequenos Simuladores Mistos Circuitos mistos analógicos - digitais Simulação elétrica e lógica Incluem modelos para a interface analógica/digitall

31 FERRAMENTAS PARA “LAYOUT”
Geração de Células Planta do Chip Verificação Geração de Blocos Alocador e Roteador Migração Montagem do Chip Formatação de dados Planta dos Blocos PLANEJAMENTO GERAÇÃO SUPORTE

32 FERRAMENTAS PARA GERAÇÃO DE LAYOUT Editores gráficos
O desenho das máscaras é feito manualmente na tela do computador. O layout é convertido em uma linguagem de especificação geométrica padronizada (CIF) que é usada na fábrica para gerar as máscaras. Geradores de dispositivos Geram automaticamente o layout a nível de transistor ou de células. Nova geração do editores de layout. São caros para a pequena empresa. Roteadores: Programas específicos para fazer interconexões.

33 Alocadores: Otimizar a alocação de células e blocos.
Roteadores: Programas específicos para fazer interconexões. Compactadores: Usados para ajustar o layout às regras de projeto Compiladores de Silício: Geração automática de layout. Engloba as ferramentas anteriores. Perda de flexibilidade, porém aumento na velocidade de projeto. Muito caros para a pequena empresa.

34 FERRAMENTAS DE SUPORTE
FERRAMENTAS DE VERIFICAÇÃO Checadores de regras de projeto (DRC): Programas que verificam erros de violação de regras de projeto no layout. Layout versus esquemático (LVS): Fazem uma verificação cruzada entre layout e esquemático. Extrator de circuito: Programa que extrai o esquema do circuito a partir do layout. Usado para verificar se o layout corresponde ao circuito projetado e para determinar elementos parasitas. Asaída pode ser um “netlist” na linguagem utilizada pelos simuladores de circuitos.

35 FERRAMENTAS DE MIGRAÇÃO
Reutilização de projetos Evolução dos processos de fabricação

36 PROJETO DE Cis NA UFPR

37 RECURSOS PARA INTEGRAÇÃO
FERRAMENTAS MAGIC – Editor de layout – gratuito – LINUX L- EDIT - Editor de layout MENTOR GRAPHICS – Ferramenta Profissional SIMULADORES DE CIRCUITOS RECURSOS PARA INTEGRAÇÃO MOSIS

38 O QUE FAZEMOS GRADUAÇÃO: 2 DISCIPLINAS OPTATIVAS PÓS-GRADUAÇÃO
Projeto de circuitos integrados digitais ( 7o período ) Projeto de circuitos integrados analógicos ( 8o período ) PÓS-GRADUAÇÃO Modelagem do transistor MOS Modelagem de elementos passsivos (indutores) Projeto de circuitos integrados de RF Projeto de circuitos integrados digitais

39 CI projetado pelo grupo de Microeletrônica do CIEL/UFPR
usando a técnica de Sea-of- gates

40 Circuitos de RF

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