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从知识平台角度重新认识集成电路

http://www.ec.hc360.com2016年04月12日14:34 来源:电子产品世界T|T

    如今,在IT领域、计算机领域、电子技术相关领域中,几乎所有的电子系统都无一例外地以半导体集成电路为基础。人们对此习以为常,从未认真考虑半导体集成电路对人类文明发展的巨大影响力,而这种影响力堪比语言、文字、纸张、印刷术对人类文明发展的影响,它表现为半导体集成电路知识平台的归一化知识成果和知识行为集成效应。因此,人们应从知识平台角度重新认识半导体集成电路。

    1知识平台的基本概念

    人类没有知识的遗传性状。今天人们所创造出的知识成果,都是在前人知识成果基础上的再创造。一些伟大的科学家在谈及自己的科学成就时,会谦称自己是站在“巨人的肩膀”之上,“巨人的肩膀”就是一种原始的知识平台观念。然而,这种原始知识平台只是一些前人的开放性知识成果,只有专家、学者才能使用。例如人们要在一个产品系统中添加日历时钟功能时,必须了解日历时钟的知识原理、电路结构和电路设计方法,在此基础上设计日历时钟单元电路。

    设想一下,如果能够通过外部载体遗传人类知识成果,人们便无需了解知识成果内容就能实现知识成果应用,这个载体便是知识平台。知识平台的知识成果遗传特征使人类可以不断丢弃原有知识成果,实现知识成果的傻瓜化应用。半导体集成电路就是这样一个知识平台。例如,有了日历时钟芯片,人们在一个产品系统中添加日历时钟功能时就不必了解日历时钟的知识原理、电路结构,也不需要设计日历时钟电路,只要购买日历时钟芯片连接到产品系统中。20世纪60年代,16位模数转换电路属国家级科研课题,如今任何一位电子系统工程师都可以方便地买到这样的模数转换集成电路,不必了解模数转换原理与电路结构,只需了解其输入/输出特性就能在系统电路中实现16位模数转换。

    2集成电路知识平台的技术基础

    集成电路是20世纪人类最伟大的发明之一,荣获了两个诺贝尔物理学奖:获1956年诺贝尔物理学奖的半导体晶体管,以及获2000年诺贝尔物理学奖的集成电路。纸张可以积累与传承人类的知识成果,但没有知识行为能力,必须依靠专家、学者来实现知识成果的应用。半导体集成电路不仅集成了人类知识成果,还实现了知识成果的应用,具有知识行为能力。例如,文献中的模数转换器可以有详尽的模数转换原理、模数转换电路结构、电路设计制作方法,却没有模数转换能力;模数转换集成电路中不仅含有转换原理、电路结构、电路设计制作方法,还具有模数转换的知识行为能力。集成电路中的知识成果与知识行为能力会不断积累与叠加,形成了集成电路的知识成果遗传性状。

    半导体集成电路中,知识成果遗传性状的技术基础,是归一化的时空量子化。归一化的空间量子,是“0”、“1”开关状态的晶体管颗粒;归一化的时间量子,是半导体电路中的时序状态,包括晶体管的翻转时序、数字电路的脉冲时序、微处理器中的指令时序等。

    归一化的空间量子载体,可以将人类知识成果以数字化文件方式存储,可以将电路知识成果转化成归一化器件;归一化的时间量子进程,赋予集成电路知识行为能力。集成电路基于外部电气特性的归一化应用特征,使集成电路具备了积木特性,在集成电路的不断进化中,可以用傻瓜化的方式构建起庞大的产品系统。目前,这种归一化应用特性渗透到集成电路设计中,形成了基于IP核的积木式设计方法。

    3知识平台基本特性

    知识平台是人类知识成果的物化形态,其中集成了人类知识成果与知识行为。知识平台的基本特性有遗传性、归一性、行为性、分离性、黑箱性、黑洞性、商品性、傻瓜性、扇出性。

    (1)遗传性

    遗传性是指集成电路中所隐含的知识成果与知识行为,可以原封不动地保留到下一代集成电路中,并继续发挥作用。例如,脉冲计数器中有数字逻辑门电路与门电路的逻辑处理能力;定时器、日历时钟芯片中继承了脉冲计数器的知识成果与知识行为;许多SoC产品系统中有现成的日历时钟内核。从逻辑门电路、脉冲计数器、定时器、日历时钟芯片到SoC产品系统中的日历时钟功能设置,清晰地展示出集成电路的遗传性状。这种遗传性状决定了人类可以傻瓜化地使用前人的知识成果。迄今为止,所有半导体集成电路中都保留晶体管颗粒及“0”、“1”的静动态遗传因子。当出现遗传变异时,晶体管颗粒材料会改变,而“0”、“1”状态的静动态遗传因子不变。

    (2)归一性

    归一性是指所有集成电路中的知识集成都是在相同介质材料、相同结构、相同工艺、相同封装基础上的归一化数字集成。人类的其他任何一类工具都不可能实现如此的归一化知识集成。同样是称重用的秤,依照虎克定律制成的弹簧秤与用杠杆原理制成的杆秤没有任何相同之处。

    (3)行为性

    行为性是指集成电路具有知识行为能力。脉冲计数器可以自动完成脉冲计数行为;模数转换器可以自动将模拟信号转换成数字信号。人类的其他工具,除八音盒、自鸣钟等自动工具外,都没有知识行为能力。杆秤的称重行为必须由使用者来实现;电子秤可以实现自动称重行为,因为它的核心单元是半导体集成电路。

    (4)黑箱性

    黑箱性是指集成电路中知识成果的屏蔽效应。人们无法窥视集成电路中的知识成果,知识成果也无法转移到使用者手中。所有集成电路都有相同或相似的外形,人们只能从芯片标识上辨认出不同的集成电路。相反,在传统工具中,人们可以从外形来区分不同工具,并且可以判别工具中集成的知识成果。例如,人们可以从外形上区别杆秤与弹簧秤,也可以看出它们的知识原理分别是杠杆原理和虎克定律。

    (5)分离性

    分离性是指集成电路设计与集成电路应用的彻底分离。它们体现了知识创新与创新知识应用的彻底分离。这种彻底分离体现在人员的彻底分离和产业的彻底分离。从事半导体产业的人员和厂家不从事半导体应用,从事半导体应用的人员和厂家则不从事半导体器件开发。即使一些从事半导体应用的厂家转而从事半导体器件开发,这时他们必然会放弃半导体器件应用。这与IT行业的扇形产业结构有关。

    (6)黑洞性

    黑洞性是指集成电路中知识成果的无限扩展特性。随着集成度的不断提高,集成电路中的知识成果不断富集。早期的模数转换器只能完成模拟信号到数字信号的转换,后来不断将模拟信号极性判别、可控增益放大、信号滤波等知识成果集成进去,形成了知识的黑洞效应。由于集成电路的黑洞性,IT产品的更新换代任务必然转移到集成电路产业部门,例如VCD/DVD产品的更新换代与VCD/DVD机生产厂家无关,而必须依靠半导体厂家。

    (7)商品性

    商品性是指集成电路是一种物化形态的商品化知识成果。

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