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回顾集成电路智能分析系统研究的发展历程
更新时间: 2016-10-09  

  文/洪继光  

  集成电路智能分析系统的研究始于1983年,至今还在继续不断地研究改进。到1995年,经过十多年艰苦奋斗,我和上百位同事,及几十位攻读学位的博士和硕士生们共同奋斗,坚忍不拔,锲而不舍,不知经过了多少不眠之夜,我们终于有了收获,为自动化所,为永利科学院争得了一些荣誉。这项研究先后取得了三项具有国际先进水平的科研成果,两次获得科学院科技进步一等奖(1987年和1992年)和1993年获得国家科技进步二等奖。在1995年建成了国家专用集成电路设计工程研究中心。 

  集成电路智能分析系统的研制是为了对国外先进集成电路进行消化吸收提供一种先进的方法、技术和系统。它涉及半导体原理、集成电路设计与工艺、图象处理、模式识别、人工智能、计算机系统、计算机图形学等多种学科和技术。其目标从集成电路产品出发通过系统的智能分析而得到原产品的设计原理、工艺过程、结构体系、功能以及内涵的专有技术、专利和诀窍等有价值的宝贵资源,为我们自己创新设计和跟踪国外先进集成电路技术打下良好的基础。 

  在八十年代我国集成电路生产水平还是三微米以上的中小规模电路,集成电路的解剖分析全靠人工,集成电路芯片放大成照相再拼成整图由人工读图,得出芯片的分层版图,经过修改和再设计就可进行试投片。手工解剖费工、费时,容易出错,特别是规模和集成度提高了,人工解剖就行不通了。为了赶上发达国家在集成电路方面的发展水平,研制以认知科学为基础的先进的集成电路智能分析系统就应运而生。当时上海交通大学、复旦大学、清华大学和中科院自动化所开展了这方面的研制工作。 

  集成电路智能分析系统主要由下述部分组成:(1)显微图象获取系统:主要由高倍光学显微镜或扫描电子显微镜、图象采集系统和自动平台计算机控制系统组成,完成显微图象的自动采集;(2)图象处理子系统:主要解决图象预处理、阴影校正、几何校正、噪声去除和图象拼接及对准等;(3)图形处理子系统:主要涉及芯片版图分层识别,版图图形处理、编辑和版图数据格式转换等;(4)单元电路识别子系统:单元电路(各种逻辑门电路、触发器、锁存器和功能单元等)的识别与分类和定位;(5)线网跟踪与提取子系统:物理线网和引线孔识别和逻辑电路线网Netlist提取;(6)逻辑综合子系统:目的是以知识推理获取Netlist中的功能块、子系统,建立集成电路的金字塔电路原理结构图,这包括进行功能综合所涉及的电路知识库、推理专家系统等;(7)综合数据库:要解决图象、图形、逻辑线网、单元库等的数据存贮管理和索等;(8)集成电路正向设计与智能分析网络子系统:提供两个系统的网上数据交换和数据共享等。 

  研制集成电路智能分析系统有很多难点,其中主要是:(一)集成电路芯片是多层显微立体结构,一般的图象处理方法很难有效,这要与集成电路刻蚀技术相结合,逐层剥蚀,逐层获取图象,这导致了多层图象的高精设拼接和对准以及位置和几何校正等;(二)多变性:集成电路不论品种、功能、生产厂家、设计风格、生产工艺等都在不断变化,因此芯片的结构和形成图象也在变换,很难用通用的处理方法、算法软件进行处理,因此系统中人机交互是很必要的;(三)系统处理的数据量极大,尤其是深亚微米(0.5微米)和超深亚微米(0.1微米)集成电路集成度和复杂度剧增,加之智能分析有时效性,时间长了就失去分析的意义,因此不断提高和改进系统的能力和速度就成为一项对系统的主要要求。总之集成电路智能分析的难度对当前图象处理、模式识别和人工智能等的方法都是一种挑战。 

  1983年我们开始研制集成电路智能分析系统,到1986年取得了一定的成果,当年进行了全国性专家鉴定,由德高望重的常院士主持,有全国58个单位98位专家参加。鉴定的结论“……该系统(集成电路智能解剖分析系统――注)是国内第一个投入实际使用的剖析系统,在集成电路分析技术上取得重大突破,具有国际先进水平,在国内居领先地位。”该项目1987年获中科院科技进步一等奖。项目由洪继光负责主持,主要参加人员有:黄卫民、成德信、朱红芝、姚林声(上海冶金所)等。 

   19861990年自动化所承担了国家“七五”科技攻关项目“集成电路逆向剖析系统”,1991年由中科院和机电部联合进行了专家鉴定,结论是“该项目在集成电路逆向剖析的逻辑提取方向和实现技术上取得了新的突破和进展,具有国际先进水平;在国内首次研制成功的以32位微机构成的集成电路逆向剖析系统……处于国内领先地位。”该项目的负责人是洪继光研究员,主要参加人员:黄卫民、朱红芝、王东琳和越涛等。该项目1992年获得中科院科技进步一等奖和科技攻关奖。1993年集成电路逆向剖析系统ICRES-Ⅱ获得了国家科技进步二等奖,并有十位同志获得了奖励,有多名年轻同志得到破格晋升晋级。 

  值得回忆的是在1990年年底,机电部对上海交大、复旦大学、哈尔滨工业大学和中科院自动化所用同样芯片对四个单位的“七五”攻关项目进行国家验收,我们当时参加科技攻关的几位同志经过四天四夜通力合作、共同奋斗取得了在分析速度、精度和质量等方面的最好结果,得到高度评价。 

  “七五”期间我们课题组还承担了“集成电路图形,解释专家系统”,1991年进行了院级专家鉴定。结论指出“所研制的系统是国内首次实现并实际使用在国内处于领先。在逻辑广义不变结构的功能分类,基于逻辑不变信息的功能识别方法有创新。在功能逻辑提取和综合方法达到国际先进水平”至此,我们课题组有了三项具有国际先进水平的科研成果。该项目负责人是黄卫民,主要参加人员:王东琳、洪继光等人。 

  在“八五”期间我们承担了国家“八五”科技攻关项目“剖析系统实用化与三级系统结合”、中科院“八五“重点项目“专用集成电路正反向设计研究开发”,并在1995年建成了国家专用集成电路设计工程技术研究中心,上述两个攻关项目也顺利完成,在国家中心建成了先进的集成电路正向设计和反向分析的正反向设计系统。 

  我们先后为国内客户完成了上百个先进的国外集成电路的智能分析,高质量、高精度的分析结果受到国内外客户的高度赞扬。我们也设计试制成功了十多种专用集成电路,其中BBG电路和信息加密专用电路都取得了良好结果。 

  集成电路智能分析的研究是一项长期战略科研工作,它如同信息的加密和破密一样,不断地互相促进和不停地创新使之发展,随着集成电路设计和工艺的改进和迎新,集成电路新产品倍出,特别是片上系统芯片(SOC)的发展,使集成电路的复杂度又达到了一个新的高度,这些都对集成电路智能分析技术和系统提出了新的挑战。正因为这些挑战,将激励更多的智者为之而奋斗。 

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