集成电路（IC）是一种电子电路，其元件及互连结构在同一块半导体衬底上共同制造而成，衬底通常为硅。集成电路包含晶体管，也可能包含电阻、电容及其他器件。制造商并非逐个组装这些元件，而是通过一系列相互配合的工艺步骤将其制造出来。集成电路的复杂程度各不相同，从简单的放大器到包含数十亿个晶体管的处理器都有，是计算机、通信设备、车辆和消费电子产品的基础。(synopsys.com)
历史发展
集成电路的诞生，源于人们希望缩小由分立元件构成的电子设备的体积，并降低其复杂程度。1958年9月12日，杰克·基尔比在得克萨斯仪器公司展示了一块能够工作的集成电路。他的原型采用锗材料，证明了多个电路元件可以在同一种半导体材料上制成。(ti.com)
1959年，仙童半导体公司的罗伯特·诺伊斯独立开发了一种采用硅材料和平面制造工艺的方法。他的设计解决了芯片上元件之间连接的实际问题，推动了适合大规模生产的制造方法的确立。基尔比和诺伊斯被公认为集成电路的共同发明者；基尔比因对这项发明的贡献，成为2000年诺贝尔物理学奖的共同获奖者之一。(intel.com)
此后，集成度的提高使单个器件能够实现更复杂的电子功能。小规模、中规模、大规模和超大规模集成等术语，表示电路复杂程度逐步提高的不同层次，但其数量界限并无统一标准。微处理器的发展使集成电路能够进行可编程计算，而存储芯片则提供了密度不断提高的数据存储能力。(synopsys.com)
结构与工作原理
单片集成电路将有源器件、绝缘区域和导电互连结构集成在半导体衬底内部及其上方。晶体管用于调节电流或充当开关；按图形形成的金属连线将它们连接成具有特定功能的电路。与由独立元件组装而成的等效电路相比，元件之间较短的距离有助于减少信号延迟和电气负载。(synopsys.com)
许多数字集成电路采用金属氧化物半导体场效应晶体管，并将其组成互补金属氧化物半导体（CMOS）电路。CMOS将具有互补开关特性的n沟道器件和p沟道器件结合起来。这些器件构成逻辑门及更大规模的网络，用于执行计算和控制功能。(intel.com)
承载电路的半导体小片称为裸片。裸片不同于封装，后者用于保护裸片，并提供电源和信号连接。一个封装内可以包含一块裸片，也可以包含多块相互连接的裸片；因此，封装后的“芯片”不一定对应单个单片电路。(download.intel.com)
类型与功能
集成电路通常按其处理的信号类型加以区分：
- 数字集成电路处理具有离散状态的信号，实现逻辑运算、计算或数据存储。
- 模拟集成电路处理连续变化的信号，例如放大器、滤波器、振荡器和稳压器。
- 混合信号集成电路结合模拟电路和数字电路，使数字处理与物理信号之间能够交互。(synopsys.com)
这些类别与按应用划分的类别有所交叉。存储器集成电路用于存储信息，处理器则执行指令或专门的计算。专用集成电路（ASIC）是为特定应用而设计的，而非用于不受特定应用限制的通用用途。片上系统（SoC）集成多种系统功能，可能包括处理器核心、存储器、接口和模拟电路。ASIC和SoC描述的是设计的不同方面，不能互换使用。(synopsys.com)
设计与制造
设计首先要确定功能、性能、功耗及物理约束等方面的规格要求。工程师使用电子设计自动化工具描述电路、仿真其行为并验证其正确性。对于数字电路设计，逻辑综合会将行为描述转换为相互连接的电路元件。物理实现阶段确定元件的布局并完成连线布设，随后检查时序、电气特性和可制造性。(synopsys.com)
制造过程中，一片晶圆上会形成许多裸片。先沉积薄膜，再涂覆感光的光刻胶，并利用光刻形成图形。显影和刻蚀将图形转移到下层材料中。离子注入引入选定的杂质，实现受控的半导体掺杂。通过反复加工，逐层构建器件及其互连结构。(asml.com)
光刻用于定义图形，并非通过一次曝光就能制造出完整的电路。制造过程需要反复进行精确对准的操作。加工完成后，晶圆被切分成裸片，再将裸片装入封装并连接到外部端子。封装还帮助将热量从电路中导出。(asml.com)
微缩、功耗与封装
摩尔定律描述了在经济上可行的条件下，一块芯片能够集成的元件数量随时间增长的历史趋势，这一数量通常以晶体管数表示。戈登·摩尔在1965年预测这一数量每年翻一番；1975年，他将翻倍周期修订为约两年。这是基于经验的技术发展预测，而非物理定律。(intel.com)
集成度提高并不会消除功耗限制。动态功耗来自开关动作及其引起的电流流动，而静态功耗则包括电路即使处于非活动状态仍会产生的漏电功耗。工作电压、频率、开关活动程度和电容负载都会影响功耗。因此，设计者需要在性能与功耗、散热限制之间取得平衡。(synopsys.com)
先进封装为提高系统集成度提供了另一条途径。芯粒技术将一个设计拆分为多块单独制造的裸片，并在同一个封装内将它们连接起来。裸片可以并排放置，也可以垂直堆叠，从而无须制造一块更大的单片裸片，就能将多种功能组合在一起。在这类结构中，裸片间通信、供电和散热都成为系统设计的重要组成部分。(intel.com)