电子通讯技术前沿研究

微电子技术发展趋势及未来发展展望

论文概要：

本文介绍了穆尔定律及其相关内容，并阐述对微电子技术发展趋势的展望。针对日前世界局势紧张，战争不断的状况，本文在最后浅析了微电子技术在未来轻兵器上的应用。由于这是我第一次写正式论文，恳请老师及时指出文中的错误，以便我及时改正。

一．微电子技术发展趋势

微电子技术是当代发展最快的技术之一，是电子信息产业的基础和心脏。微电子技术的发展，大大推动了航天航空技术、遥测传感技术、通讯技术、计算机技术、网络技术及家用电器产业的迅猛发展。微电子技术的发展和应用，几乎使现代战争成为信息战、电子战。在我国，已经把电子信息产业列为国民经济的支拄性产业。如今，微电子技术已成为衡量一个国家科学技术进步和综合国力的重要标志。

集成电路(IC)是微电子技术的核心，是电子工业的“粮食”。集成电路已发展到超大规模和甚大规模、深亚微米(0.25μm)精度和可集成数百万晶体管的水平，现在已把整个电子系统集成在一个芯片上。人们认为：微电子技术的发展和应用使全球发生了第三次工业革命。

1965年，Intel公司创始人之一的董事长Gorden Moore在研究存贮器芯片上晶体管增长数的时间关系时发现，每过18～24个月，芯片集成度提高一倍。这一关系被称为穆尔定律(Moores Law)，一直沿用至今。

穆尔定律受两个因素制约，首先是事业的限制(business Limitations)。随着芯片集成度的提高，生产成本几乎呈指数增长。其次是物理限制(Physical

Limitations)。当芯片设计及工艺进入到原子级时就会出现问题。

DRAM的生产设备每更新一代，投资费用将增加1.7倍，被称为V3法则。目前建设一条月产5000万块16MDRAM的生产线，至少需要10亿美元。据此，64M位的生产线就要17亿美元，256M位的生产线需要29亿美元，1G位生产线需要将近50亿美元。

未来的支柱产业：电子信息产业深究

计算机1304 张宁

学号：0121310870726

其实很早以前我就对这块有很浓厚的兴趣，小学时候看了很多这方面的课外书，考到武汉理工大学以后，图书馆里这方面的书更是数不胜数，于是我好几周都在图书管里看书。了解到许多这方面的历史，还有对未来的发展预测。

１９５７年，哈尔滨工业大学研制成功中国第一台模拟式电子计算机。

１９５８年，中国第一台计算机——１０３型通用数字电子计算机研制成功，运行速度每秒１５００次。

１９５９年，中国研制成功１０４型电子计算机，运算速度每秒１万次。

１９６０年，中国第一台大型通用电子计算机——１０７型通用电子数字计算机研制成功。

１９６３年，中国第一台大型晶体管电子计算机——１０９机研制成功。

１９６４年，４４１Ｂ全晶体管计算机研制成功。

１９６５年，中国第一台百万次集成电路计算机“ＤＪＳ－Ⅱ”型操作系统编制完成。

１９６７年，新型晶体管大型通用数字计算机诞生。

１９６９年，北京大学承接研制百万次集成电路数字电子计算机——１５０机。

１９７０年，中国第一台具有多道程序分时操作系统和标准汇编语言的计算机——４４１Ｂ－Ⅲ型全晶体管计算机研制成功。

１９７２年，每秒运算１１万次的大型集成电路通用数字电子计算机研制成功。

１９７３年，中国第一台百万次集成电路电子计算机研制成功。

１９７４年，ＤＪＳ－１３０、１３１、１３２、１３５、１４０、１５２、１５３等１３个机型先后研制成功。

１９７６年，ＤＪＳ－１８３、１８４、１８５、１８６、１８０４机研制成功。

１９７７年，中国第一台微型计算机ＤＪＳ－０５０机研制成功。（注：该机由清华大学、安徽无线电厂等组成的联合设计组于１９７４年开始研制）

1969年，为支持石油勘探事业，北京大学承接了研制百万次集成电路数字电子计算机的任务。这台计算机在电子部备案时编号为150，简称150机。当时，来自数力系、物理系、地球物理系、无线电电子学系等一批年轻人和来自原四机部738厂、原石油部等单位的同志一起奔赴北大200号科研基地，走上了校办工厂、厂办专业，产、学、研、用相结合的道路。面对严重的技术封锁，我们研制组手中连一本起码的参考资料都没有，也就是说，我们必须靠白手起家，独立设计出每秒百万次的大型计算机系统及多道运行操作系统和编译系统，任务之艰巨是可想而知的。由于石油勘探工作的需要，要求15O机的操作系统必须支持多任务同时工作，这种支持多任务并行工作的方式称为“多道运行”，既可以更有效地管理计算机软硬件资源，又可以充分提高计算机的使用效率，当然设计难度比起单任务操作系统要复杂得多，加上没有大型系统软件的开发经验，没有现成的技术资料，我们只能从零做起。当时操作系统研制组的成员除了我是30多岁，使用过计算机之外，其余的只有20多岁，对计算机和操作系统可以说是一无所知。年轻人具有初生牛犊不怕虎的精神，我们凭借着“一定要为祖国争气，为石油工业的发展尽一份力”的信念，开始向世界先进技术挑战。我们必须解决的难题是：把有关概念弄清楚，到底什么是操作系统？什么是多道运行？又如何在一台处理器上实现多道程序的“并行”执行呢？由于计算机操作系统的设计和计算机硬件系统的设计是紧密相连的，因此首先要完成的是指令文本的设计，以及多道运行操作系统的概念设计和逻辑框图设计。经过反复分析、提炼，经过多少个不眠之夜，一稿、二稿、三稿，„直至最后定稿，终于拿出了全部的指令文本设计方案和操作系统的逻辑设计框图。由于软件的不可见性和逻辑结构的复杂性，很难确定其正确性。于是我们设计了一种模拟审查的检测方式，将所有的逻辑框图都悬挂在墙壁四周，进行模拟运行，操作系统研制组的每个成员都扮演一个“角色”，如：内存管理、设备管理、中断处理、调度等，并反复模拟程序的运行过程。经过这样认真地检查，既确保了逻辑框图设计的准确性，而且又使每个设计者掌握了全局，加深了对自己所承担设计部分的理解。功夫不负有心人，在大家的努力工作下，150机操作系统的设计方案终于定稿。紧接着我们又在机器条件和编程环境相当差的条件下，画出全套的程序流程图，用机器语言（手编指令）编写了全部软件。当我们完成了操作系统的编程后，15O机硬件系统还没有组装及完成联调，如何使软件的调试和硬件的组装调试并行，以争取宝贵的时间，是我们遇到的又一难题。当时国内也没有一台计算机能调试150机这样的大型操作系统。为此，我们提出新的解决方案，即用小马拉大车的办法，用低档次的108乙机配上模拟程序形成虚拟机，来调试高档次的150 机软件系统。虽然应用这一方案，会加大我们的工作量，但它是一种新技术的尝试，既有挑战性，又可以加快150机整体的研制速度，于是我们毅然采取了这一方案。1971年夏初，我们软件组全班人马来到大庆油田，利用油田的1O8乙机作为150机的虚拟机，调试15O机的操作系统软件。经过日夜苦战，只用了23天的时间，就完成了操作系统全部分调工作，并作了模拟联调。这一成功，保证了系统软件设计与硬件制造同步，同时又以系统软件的调试推动了硬件系统的调试。当我们在150机上把全部系统软件连通之后，150 机里传出清晰、嘹亮的《东方红》乐曲声，它向世界宣告中国第一台百万次集成电路数字电子计算机研制成功！中国第一个多道运行操作系统研制成功！它同时向世界宣告，中国人有能力研制开发具有自主版权的系统软件。由于在15O计算机系统的研制开发过程中，坚持了产、学、研、用相结合，坚持了技术创新，取得了首台国产百万次计算机、多道运行操作系统和高级语言编译系统等系统软件产品的研制成功，150计算机系统的投产使用，也促使我国石油勘探首次实现了勘探数据的数字比处理和计算机管理，被誉为“石油勘探领域数据处理的第一次数字化革命”。之后，我们又生产了多台150机，它们分别为我国的气象数据处理，国防科研等做出了重大贡献。1978年，即150机研制成功后的第 5年，150计算机系统荣获全国科学大会奖。在总结150机多道运行操作系统的基础上撰写的《管理程序》一书，也成为高校计算机系的教材，为培养人才做出了贡献。

２０１４年第２期　电子通信技术　无线通信技术前沿介绍　■宋健　随着电子技术和网络技术的不断完善和进步，我们的生活发生了翻　天覆地的变化，无线通信技术作为传统通信技术的改良和换代产品，在　技术方向和实现手段等方面都将带领我们进入一个全新的数字通信时　代。　本文通过对无线通信技术的现状分析以及在我国的发展来介绍这　些技术的前沿状况。　一、分析无线通信前沿技术　ＲＦＩＤ技术　ａ）概念　ＲＦＩＤ（Ｒａｄｉ０Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙｌｄｅｎ曲ｃａｔｉｏｎ）￣－－种无线射频识别技术，它是　自动识另ｑ技术的一种。ＲＦｉＤ类似于条码扫描，条码技术是将已编码的　条形码附着于目标物并使用专用的扫描读写器利用光信号将信息由条　形磁传送到扫描读写器；而ＲＦＩＤ则使用专用的ＲＦＩＤ读写器及专门的　可附着于目标物的ＲＦＩＤ标签，利用频率信号将信息由ＲＦＩＤ标签传送　至ＲＦＩＤ读写器。　ｂ）应用　自２００４年国家金卡Ｔ程【２］将物联网ＲＦＩＤ应用试点列为重点Ｔ作　以来，金卡＿Ｔ程每年都推出新的ＲＦＩＤ应用试点工程。该产业市场规模　在逐年增加，２００９年８５亿，２０１０年１２０亿，２０１１年已达到１７９．７亿。　射频识别ＲＦＩＤ技术已在我国第二代居民身份证、城市公共交通“一卡　通”、电子证照与商品防伪、特种设备强检、安全管理、动植物电子标　识、以及现代物流管理等领域启动了应用试点并发挥了巨大能量。　Ｃ）浅析　ＲＦＩＤ射频标签是承印物与电子技术的一个典型组合应用。其在承　印物上就包含了存有产品信息的Ｉｃ芯片与天线组成的射频电路，通过　天线接收来自专用阅读器所发射的射频信号，并应答　标签芯片中所包　含的数据信息，也可送人主计算机进行处理，从而实现产品非接触式的　识别、查找与管理，打破了传统条形码识别的局限性。　ＲＦＩＤ的优势在于，其具有安全性、可重复使用、穿透性、抗污染　和耐用性、体积小形状多样、数据容量大、可靠识别高速移动物体，远　距离读取等。但ＲＦＩＤ并非已经取代条码技术，因成本低，有完善的标　准体系和普遍的市场接受力，条码技术仍有市场，而ＲＦＩＤ的内存芯片　成本相对较贵，且开发难度大，目前在我国仍有较大的发展空间。　二、ｚｉｇＢｅｅ技术　１．概念　ＺｉｇＢｅｅ是一组基于ＩＥＥＥ批准通过的８０２．１５．４无线标准研制开发的，　有关组网、安全和应用软件方面的技术标准。ＩＥＥＥ仅处理低级ＭＡＣ层　和物理层协议，ＺｉｇＢｅｅ联盟对其网络层协议和ＡＰＩ进行了标准化。ｚｉｇＢｅｅ　联盟还开发了安全层，以保证这种便携设备不会意外泄漏其标识，而且　这种利用网络的远距离传输不会被其它节点获得。　２．应用　该项技术主要适合于自动控制和远程控制领域，可以嵌入各种设备　中，同时支持地理定位功能。可以针对工业自动化、家庭自动化、遥测　遥控、汽车自动化、农业自动化和医疗护理、油田、电力、矿山和物流　管理等应用领域。　３．浅析　具有低功耗、低成本、低速率、近距离、短时延、高容量、高安全、　免执照频段等特点的ＺｉｇＢｅｅ技术，目前已经展示出了非凡的应用价值。　因其超低功耗、抗干扰和网络的健壮性等优点，使其在无线传感器领域　发挥出巨大的作用。　该技术的出发点是发展成为易搭建、低成本的无线网络。当产品需　求为成本低、电力要求低、体积小、避免频繁更换电池、覆盖较大范围　时，则可以考虑使用ＺｉｇＢｅｅ技术。　但事实上，目前的Ｚｉｇｂｅｅ最大的缺点却是价格相对昂贵，其次协　议占带宽的开销量对信道带宽要求较高，而这反过来会影响通讯距离和　环境适应性，于是只好提高发射功率，进而无法满足低功耗等优势特点。　可见，现下Ｚｉｇｂｅｅ最大的优点是提供了一个业界标准，从而可以实现　不同厂家的产品互相替代，对促进竞争、繁荣市场以及长远意义上的环　保有利，但这一点是经济学上的优点，不少技术人员并未理解到，从而　在技术角度片面夸大了那些本不是优点的“优点”。这也说明了ＺｉｇＢｅｅ　技术的开发难度在于其复杂的协议。　三、４Ｇ　４Ｇ技术支持ｌＯＯＭｂｐｓ～１５０Ｍｂｐｓ的下行网络带宽，也就是４Ｇ意味　着用户可以体验到最大１２．５ＭＢ／ｓ～ｌ８．７５ＭＢ／ｓ的下行速度。这是当前主　流移动３Ｇ（．Ｉ’Ｄ—ＳＣＤＭＡ）２．８Ｍｂｐｓ的３５倍，中国联通３Ｇ（ＷＣＤＭＡ）的　２５倍。　支持４Ｇ技术的移动设备可以提供高性能的汇流媒体内容，并通过　ＩＤ应用程序成为个人身份鉴定设备。它也可以接受高分辨率的电影和　电视节目，从而成为合并广播和通信的新基础设施中的一个纽带。　此外，４Ｇ的无线即时连接等某些服务费用会比３Ｇ便宜。还有，　４Ｇ有望集成不同模式的无线通信一一从无线局域网和蓝牙等室内网　络、蜂窝信号、广播电视到卫星通信，移动用户可以自由地从一个标准　漫游到另一个标准。　４Ｇ通信技术并没有脱离以前的通信技术，而是以传统通信技术为　基础，并利用了一些新的通信技术，来不断提高无线通信的网络效率和　功能的。如果说３Ｇ能为人们提供一个高速传输的无线通信环境的话，　那么４Ｇ通信会是一种超高速无线网络，一种不需要电缆的信息超级高　速公路，这种新网络可使电话用户以无线及三维空间虚拟实境连线。　与传统的通信技术相比，４Ｇ通信技术最明显的优势在于通话质量　及数据通信速度。然而，在通话品质方面，移动电话消费者还是能接受　的。随着技术的发展与应用，现有移动电话网中手机的通话质量还在进　一步提高。　新技术、新变化、新需求为工程师们创造了一个非常复杂的全新环　境，他们需要使用新一代射频及无线测试工具，来应对当前更为严峻的　设计挑战。而随着近年来电子设备的高度集成，３Ｇ、４Ｇ（ＬＴＥ、ＷｉＭＡｘ）、　５ＧＷｉＦｉ（８０２．１ｌａｃ）为代表的无线通信的快速发展，以及物联网、ＲＦＩＤ、　ＺｉｇＢｅｅ的广泛应用。新应用领域、新技术推动射频微波及无线通信技术　全面快速的发展，中国已成为该领域增长速度最快的市场之一。　参考文献　．　［１］引自｛｛ＲＦＩＤ技术与在物联网中的应用》一一　电子设计工程》　２０１１／１７期．　［２］引自　基于ＲＦＩＤ技术的新型智能电子机票设计》一一Ⅸ信息技　术》２００７／０３期．　［３］引自（（Ｚｉｇｂｅｅ技术在无线传感器网络中的应用》一一《现代电　子技术》２００８／０２期．　［４］（｛Ｗｉｒｅｌｅｓｓ　ｌｏｃａｔｉｏｎ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ａｎｄ　ｉｔｓ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ｝｝一　一（｛Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　Ｓｃｉｅｎｃｅｓ｝｝２０１１／０４期．　（作者单位：西北民族大学电气工程学院）　・　１６　・

电子信息技术：半导体VS光学

当前的科技发展和信息时代，电子信息技术已经成为人们生产、生活、学习和社交等方面的必不可少的一部分，而其中最关键的两个领域之一就是半导体和光学技术。在如今的世界中，这两个技术的应用已经无所不在，它们对现代高科技的发展起着至关重要的作用。本文将着重探讨半导体和光学这两个方面的技术在电子信息行业的现状、发展趋势和应用领域。

一、半导体技术的现状和趋势

半导体技术，是指利用半导体材料的独特性质来进行电路设计和制造，从而实现电子器件的工业生产。半导体技术不仅极大地改变了人们生产和生活中的很多方面，而且也是信息技术领域中最重要的一项技术。

目前，半导体技术的应用日益广泛。随着计算机技术和移动互联网的发展，半导体技术的需求不断增加。传统电子设备中的晶体管、放大器、隔离器、反相器等核心部件和集成电路、L E D等领域，都离不开半导体器件的应用。而随着物联网技术的发展以及智能家居、新能源汽车、5G通信技术等诸多领域的需求，半导体技术也将得到进一步的拓展和应用。

需要注意的是，在现有的半导体技术中，集成电路为代表的数字集成电路技术已经发展到了十分成熟的阶段，因此我们需要进一步探索新的方向和技术，才可以满足未来的发展需求。其中，主要是以前沿集成电路为代表的硅光子技术，将在未来得到广泛的应用。硅光子技术可以利用微纳米加工技术把光波导与半导体器件相结合，将电子与光子协同工作，使数据传输速度更快、能耗更低，而且可以有效降低信号传输误差，实现半导体技术和光学技术的无缝融合。

二、光学技术的现状和趋势

光学技术是通过设计和制造光学元器件，对光的运动和传输进行研究和应用的一项技术。与半导体技术不同，光学技术相对来说还是一种较为新兴的技术。但是，随着新的需求和光学技术的发展，它已经在如今的世界中崭露头角，在诸多领域展现出越来越多的应用前景。

对于光学技术的应用，我们可以从三个方面来进一步探讨。 首先，光学技术在通信领域得到了广泛的应用。现在，大流量的数据传输已成为通信领域的重要需求，而光通信技术正好给了我们一个解决的方向。利用光传输信息可以实现更快的数据传输速度和更大的数据容量，而且还可以提供更高的安全性，在保密通信和安全监控领域具有广泛的前景。