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电路“集成”使军事力量倍增

电路“集成”使军事力量倍增

  自从60年代第一块集成电路问世,30多年来,微电子技术得到了飞速发展,首先在军事上得到广泛的应用,促成了精确制导武器、C4I系统等一系列高技术武器装备的发展,使作战效能成倍地增长,被称为军事力量的“倍增器”。
  1.集成电路
  将晶体管(即三级管)、二极管、电阻器、电容器等元件和连接它们的导线,通过特殊加工工艺,做在一块半导体(如硅或砷化镓)薄片上,经过封装形成完整的、具有特定功能的电路,这就是集成电路。
  这些半导体薄片称为芯片。集成电路的元件密集程度称为集成度。按集成度分,有小规模、中规模、大规模 、超大规模、甚大规模和目前正在开发的巨大规模集成电路。70年代中期每个芯片只有10个晶体管,80年代初期达到104个晶体管,80年代后期达到105个晶体管。超高速集成电路已达8×106个晶体管,其相应线宽尺度为0.5微米。美国在“微技术2000年”计划中提出,到2000年要实现0.12微米线宽、1千兆位静态随机存取存储器的目标,集成度达到6×10(U8)个晶体管。
  集成电路在其发展初期便显示出在军事上的重要作用。60年代中期,美国“民兵”-Ⅱ洲际弹道导弹由于制导计算机不过关,使大批导弹不能服役。后来采用集成电路,使弹上计算机的可靠性超过原定指标,导弹很快服役。现代高技术武器都离不开集成电路。美国有人把以美国为首的多国部队在海湾战争中的胜利,形象地比喻为“芯片打败了钢铁”。未来的武器系统将进一步向小型化、精确制导 化和智能化方向发展,对集成电路的性能要求更高。当今集成电路军事应用的前景更加广阔。
  2.超大规模集成电路
  在一块芯片上集成的元件数超过10万个,或门电路数超过万门的集成电路,称为超大规模集成电路。超大规模集成电路是20世纪70年代后期研制成功的,主要用于制造存储器和微处理机。64k位随机存取存储器是第一代超大规模集成电路,大约包含15万个元件,线宽为3微米。
  目前超大规模集成电路的集成度已达到600万个晶体管,线宽达到0.3微米。用超大规模集成电路制造的电子设备,体积小、重量轻、功耗低、可靠性高。利用超大规模集成电路技术可以将一个电子分系统乃至整个电子系统“集成”在一块芯片上,完成信息采集、处理、存储等多种功能。例如,可以将整个386微处理机电路集成在一块芯片上,集成度达250万个晶体管。超大规模集成电路研制成功,是微电子技术的一次飞跃,大大推动了电子技术的进步,从而带动了军事技术和民用技术的发展。超大规模集成电路已成为衡量一个国家科学技术和工业发展水平的重要标志,也是世界主要工业国家,特别是美国和日本竞争最激烈的一个领域。
  3.超高速集成电路
  超高速集成电路是一种超大规模集成电路,是为满足军用高速信号处理、抗核辐射、芯片自检测要求而研制的。美国国防部于1980年开始实施超高速集成电路研制计划,总目标是:芯片的微加工线宽达到0.5微米、门电路运算速度比民用的提高100倍,可靠性提高10倍。现已制成各类硅超高速集成电路和砷化镓超高速集成电路。用超高速集成电路制造的微型和小型超高速计算机已广泛用于美国多种先进的武器系统,如F-15、F-16战斗机,“海尔法”反坦克导弹,“针刺”便携式防空导弹,“战斧”巡航导弹和“爱国者”防空导弹系统等。  
  4.专用集成电路
  专用集成电路是按用户的具体要求(如功能、性能或技术等),为用户的特定系统定制的集成电路。专用集成电路分为两类:一是全定制集成电路按规定的功能、性能要求,对电路的结构布局、布线均进行专门的最优化设计,以达到芯片的最佳利用。这样制作的集成电路称为全定制电路。二是半定制集成电路由厂家提供一定规格的功能块,如门阵列、标准单元、可编程逻辑器件等,按用户要求利用专门设计的软件进行必要的连,从而设计出所需要的专用集成电路,称为半定制电路。
  目前半定制电路占专用集成电路市场的大部分份额。专用集成电路是在80年代初超大规模集成电路工艺技术趋于规范化、计算机辅助设计技术广泛用于集成电路设计,以及电子整机市场竞争加剧的形势下迅速发展起来的。这种电路的最大特点是设计开发周期短、功能强,已显示出可以取代中小规模集成电路的强大生命力,因而受到电子整体用户,其中特别是国防部用户的极大关注。
  专用集成电路对电子整机开发的好处主要是:①由于设计开发周期短,一块专用集成电路可以代替几十甚至上百块中小规模的标准集成电路,因而可以大大缩短整机开发周期,提高整机性能和可靠性,减小体积和重量,降低功耗和成本;②设计自由度大,用户可以参加设计,不仅使产品多样化,还可提高产品的保密性,有利于军事应 用的保护整机厂家的利益。专用集成电路已广泛用于雷达、C(U3)I系统和火控系统等领域,以及消费类电子产品。在美国国防部研制的新型电子系统(包括导弹制导装置、雷达、战斗机载电子设备)中,将近80%的非存储器电路都是专用集成电路。
  美国在海湾中动用的F-15、F-16战斗机,“海尔法”反坦克导弹、“针刺”地空导弹和“战斧”巡航导弹,以及机载夜间红外低空导航搜索瞄准系统(LANTIRN)等先进武器装备,均采用专用集成电路代替原来使用的标准逻辑电路,武器系统性能得到显著提高。
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