中国的集成电路研究和设计领域迎来了黄金时代，创新的科研成果和商用产品不断涌现。为了满足科研人员、设计研发工程师和相关学科的学生全面了解集成电路设计领域的国际学术动态的需求，《半导体学报》邀请了国内活跃在国际集成电路设计学术界的二十余位专家共同撰写了长篇综述论文 ”Trending IC design directions in 2022” ，刊登在《半导体学报》2022年第7期上。长篇综述论文对最新的设计方向和创新成果进行了一个较为完整的归纳总结，希望对广大芯片设计领域的科研人员的未来工作有所帮助。本文按细分研究领域分为以下六个芯片设计的方向：1）机器学习及人工智能芯片；2）无线及有线通讯芯片；3）数据转换器；4）功率转换器；5）图像及距离传感器；6）低温电路及生物医疗芯片。全文包含三十幅芯片设计趋势或电路架构示意图，及八个最新工作的性能总结与对比表格。

图1. 本长篇综述论文分别讨论了集成电路设计领域近期热门的研究方向和技术趋势。本图象征着电路设计学者们采用各类电路模块和元器件设计创新的架构和系统，统筹考量各方面的制约和折中，以达到性能指标框架向四面八方的综合性突破。

其中，清华大学的刘勇攀教授、孙文钰博士和岳金山博士在本文中的机器学习及人工智能芯片方向讨论了特定领域应用的芯片设计，如语音识别、图像及视频处理AI芯片。同时，存内计算芯片都已成为高能效高性能人工智能芯片的重要技术路线，本文分别从宏和系统层面对存内计算的芯片设计进行了探讨。

图2. 从能效、面积、性能和存储容量等方面对当前存内计算宏的工作对比。

在通讯芯片方向，清华大学的邓伟教授和贾海昆教授、中科院半导体所的祁楠教授和张钊教授、澳门大学的李家明教授在本文中涵盖了无线收发机的模块级系统芯片设计、光通信电路，锁相环设计、功率放大器及压控振荡器设计、以及超低功耗晶振电路的方向趋势。其中包含多幅关于传输速率、功率效率、品质因素的性能概括走向图。

图3. 无线及有线通信芯片的性能趋势图。（详细内容请见综述论文）

在数据转换器方面，清华大学的孙楠教授和揭路教授、澳门大学的冼世荣教授和陈知行教授在本文中归纳总结了近期发表在ISSCC上工作，重点讨论了混合架构的噪声整形逐次逼近型ADC、高精度增量型ADC、以及流水线ADC的最新成果。

图4. 数据转换ADC性能趋势图。（详细内容请见综述论文）

功率转换器方面由西安交通大学的耿莉教授、澳门大学的路延教授和黄沫教授、中国科学技术大学的程林教授和潘东方博士、香港中文大学（深圳）的刘寻教授共同打造。特别分析了混合型DC-DC架构的演变过程、常规DC-DC和混合型DC-DC的快速响应环路设计、高度集成的小型化隔离电源、及针对5G功率放大器应用的电源调制器设计。

图5. 混合型架构DC-DC的演变过程及其相互联系。

本文的CMOS图像传感器和距离传感器部分由天津大学的徐江涛教授和聂凯明教授、中科院半导体研究所的冯鹏教授对当前热门的高速动态视觉传感器、高动态范围图像传感器、应用于激光雷达的直接飞行时间测量（Direct-ToF）和间接飞行时间测量（Indirect-ToF）距离传感器的近期工作做了总结介绍。在新兴前沿技术领域，清华大学的张沕琳教授介绍了应用于量子计算的低温CMOS电路、以及生物医疗电路与器件方面国际上最新的研究成果。

图6. 图像传感器和距离传感器的种类划分和工作进展。

文章信息：

Trending IC design directions in 2022

Chi-Hang Chan, Lin Cheng, Wei Deng, Peng Feng, Li Geng, Mo Huang, Haikun Jia, Lu Jie, Ka-Meng Lei, Xihao Liu, Xun Liu, Yongpan Liu, Yan Lu, Kaiming Nie, Dongfang Pan, Nan Qi, Sai-Weng Sin, Nan Sun, Wenyu Sun, Jiangtao Xu, Jinshan Yue, Milin Zhang, Zhao Zhang

J. Semicond. 2022, 43(7): 071401

doi: 10.1088/1674-4926/43/7/071401

Full Text: http://www.jos.ac.cn/en/article/doi/10.1088/1674-4926/43/7/071401

来源：半导体学报2022年第7期-中文导读