一、简介
集成电路与系统设计研究室主要研究大规模集成电路设计和测试的理论和技术，研究工作包括系统芯片（SoC, System on Chip）设计所涉及的理论、算法、电路、方法学、体系结构等。集成电路与系统设计研究室是教育部“211工程”资助成立的“电子系统和专用集成电路技术研究中心”、教育部资助成立的“IC设计网上合作研究中心”的主要承担单位和依托单位，具有先进和完善的集成电路设计、测试的软硬件环境。2004年，开发成功的第二代居民身份证专用芯片模块技术获北京市科技进步二等奖，并已在全国大规模投入使用；2005年，研制成功的小波正变换芯片THSCLA和JPEG2000解码芯片THJ2K、数字式多通道人工耳蜗专用集成电路芯片CI1003和高速椭圆曲线密码专用芯片THECC通过了教育部科技成果鉴定；2007年，RSA-1024高速安全芯片被国家密码管理局批准，其产品型号为SSX41。
目前的主要研究方向包括：（1）新型处理器设计关键技术；（2）射频集成电路设计关键技术及无线通信系统芯片；（3）极低功耗集成电路设计技术；（4）安全芯片设计关键技术；
集成电路与系统设计研究室共有教授/研究员4人，副教授/副研究员11人，讲师/助理研究员2人，高级工程师1人；并返聘5名退休后的教授/研究员参与研究室工作。
主 任： 张 春 电 话： (86)-(10)-62792912
传 真： (86)-(10)-62795104
副主任：姜汉钧 电 话： (86)-(10)- 62773045
传 真： (86)-(10)- 62795104
二、研究方向
序号 | 任务名称 | 任务来源 | 负责人 |
1 | 超高频（UHF）读写器芯片的研发与产业化 | 863 | 张春 |
2 | 极低功耗消化道无线检测智能球囊SoC芯片设计及应用系统开发 | 863 | 姜汉钧 |
3 | 低功耗消化道无线检测便携式基站SoC芯片设计及应用系统开发 | 863 | 池保勇 |
4 | 可重构射频集成电路关键IP核研发 | 863 | 李福乐 |
5 | 基于MEMS 的人工视觉假体微系统 | 863 | 张春 |
6 | 面向IMT-Advanced等宽带无线通信系统的射频芯片器件与模块研发 | 03重大专项 | 池保勇 |
7 | 低功耗传感器网络芯片 | 03重大专项 | 张春 |
8 | 数字电路辅助的射频集成电路设计方法的研究 | 国家自然科学基金 | 池保勇 |
9 | 密码硬件中密钥的现场生成研究 | 国家自然科学基金 | 白国强 |
10 | 面向新型传感器应用的信息感知多任务处理器架构研究 | 国家自然科学基金 | 李翔宇 |
11 | 大数模乘算法的研究及素数域椭圆曲线密码芯片的实现 | 国家自然科学基金 | 李树国 |
12 | 关于低功耗I/O连接的稳定时序系统设计的研究 | 国际合作项目 | 李宇根 |
13 | 应用于体域(MBAN)的低成本高分辨率遥感的非侵入性收发机 | 国际合作项目 | 李宇根 |
14 | 3D数据实时获取与处理的高性能SoC设计研究 | 清华自主科研计划 | 谢翔 |
15 | CZT粒子探测器读出ASIC开发 | 单位委托项目 | 孙义和 |
| 16 | 采用间歇供电的人工关节无线监视系统关键技术研究 | 国家自然科学基金 | 陈虹 |
三、主要科研工作介绍
1、超高频（UHF）读写器芯片的研发与产业化
开发出符合中国UHF无线频谱规范和ISO 18000-6 Type B/C标准，集成射频电路、基带模拟电路、数字信号处理模块及协议处理器，面向便携式应用的UHF频段RFID读写器单芯片及更高性能的面向台式RFID读写器芯片组，研究读写器芯片产业化中的问题并实现小批量生产。
2、极低功耗消化道无线检测智能球囊SoC芯片设计及应用系统开发
基于极低功耗系统芯片设计的关键技术的研究，设计用于消化道无线检测体内球囊产品的极低功耗SoC 芯片，并实现其应用系统。
3、低功耗消化道无线检测便携式基站SoC芯片设计及应用系统开发
基于极低功耗系统芯片设计的关键技术的研究，设计用于消化道无线检测体内球囊产品的极低功耗SoC 芯片。
4、可重构射频集成电路关键IP核研发
突破可重构射频集成电路设计的关键技术，获得重要的创新性研究成果。研究满足多标准、多模式通信芯片要求的可配置射频IP 核，包括宽带接收机前端IP、低相位噪声分数分频频率合成器IP、可配置模拟基带IP 和可配置数字校正射频功率放大器及可配置匹配网络IP。所研发的IP核经过硅验证。
5、基于MEMS 的人工视觉假体微系统
实现基于MEMS 技术的人工视网膜上视觉假体微系统的原理样机研制，包括基于MEMS 工艺的微电极阵列、基于CMOS 技术的低功耗多通道微电流刺激器、高效率的无线数据传输和供能、便携式外部图像采集和数据处理装臵，完成人工视觉假体的生物相容性和安全性评估，并基于神经电生理与脑光学成像的多模式方法实现微系统在动物模型上的功能性验证。
6、面向IMT-Advanced等宽带无线通信系统的射频芯片器件与模块研发
面向IMT-Advanced等新一代宽带无线通信系统，开展低成本、低功耗、高性能射频芯片、器件与模块的设计、流片与加工等关键共性技术研发，并进行模块与系统技术验证，为IMT-Advanced等宽带无线通信系统提供试验和验证平台。
7、低功耗传感器网络芯片
以低成本、低功耗、小型化、高可靠性等方面的无线传感网节点SoC芯片核心关键技术为突破口，针对低功耗传感网节点设备的的要求，研制低速的无线传感网核心芯片，以及集射频、基带于一体，具体通信、处理、组网能力和传感能力的低功耗SoC芯片。为低功耗传感网设备和产业化提供核心芯片组和SoC芯片支持并满足并能够支持低速低功耗无线传感器网络协议栈运行，提供基于自主SoC芯片的无线传感器网络节点软硬件开发平台，包括提供相应的开发工具链、开发板、底层驱动程序软件包；支持无线传感器网络大规模应用推广。
8、数字电路辅助的射频集成电路设计方法的研究
随着CMOS 工艺的发展，元器件之间的失配、非理想器件特性和工艺偏差都有增大的趋势，加之元器件射频模型的不准确性以及封装等寄生效应的影响，射频集成电路产品的设计面临严峻的挑战。本项目利用数字电路的强大功能，研究数字电路辅助的射频集成电路设计方法。通过在射频集成电路中耦合入可由数字信号控制的可调谐环节，然后采取一定措施来检测其性能，并由具有在片自校准功能的数字电路对射频电路进行校准，从而克服各种非理想因素对射频电路性能的影响，可提高射频电路的性能并提高产品的成品率。同时，考虑到射频信号动态范围极大，本项目还将研究射频集成电路的动态自适应技术，根据信号强度动态调整射频电路的功能，从而降低射频电路的平均功耗，提高射频电路在整个信号动态范围内的整体性能。最后，本项目将利用该方法来研究可配置射频前端的设计技术，该技术在软件定义的无线电、多模多带无线收发机、宽带无线收发机等系统中都具有很重要的应用背景。
9、密码硬件中密钥的现场生成研究
研究密码硬件中密钥的现场生成问题，包括生成函数的特性、构造等，以防攻击者通过解剖硬件方式获取其中存放的密钥。
10、面向新型传感器应用的信息感知多任务处理器架构研究
面向能量采集型高性能传感器嵌入式应用开拓性地研究用于传感器信号处理的以信息感知为中心的多任务节点处理器架构。此类处理器根据信号和能量供应等外部环境的信息动态地进行任务调度、功耗管理和参数配置等系统管理，具有自适应能力和数据筛选能力，可以解决环境与输入的不确定性和大数据量处理所造成的系统功耗效率不足的问题。研究内容包括任务调度和功耗管理方法、传感器体系结构和关键实现技术。拟采用的技术路线是以多数据流的观点采用统一的数据流处理机架构实现信号处理和环境信息分析、并采用并行硬件数据分析和查询技术和片上网络互连等。本课题着眼于多任务情况下的功耗感知任务调度与功耗管理这一新问题，创新性地提出信息感知任务调度的概念，探索新型的自适应传感器处理器架构，该架构对任务请求和环境变化采用统一的分析和响应机制，有利于实现多参数的实时优化,具有重要的应用价值和理论价值。
11、大数模乘算法的研究及素数域椭圆曲线密码芯片的实现
模乘算法的速度直接决定椭圆曲线密码芯片的性能。本项目研究一种大数模乘算法及大数乘法器的设计方法；并完成大数乘法器的设计和高数的椭圆曲线密码芯片
12. 应用于体域(MBAN)的低成本高分辨率遥感的非侵入性收发机
随着无线通信技术的迅速发展，卫生医疗保健监测系统受到了广泛关注。由于超宽带（UWB）系统具有高功效、与其他无线标准的良好兼容性、高分辨率、低辐射、高穿透以及强抗干扰等性能，在短距离低数据率无线应用方面已显示出可喜的应用潜力。该课题旨在设计并实现一种针对IEEE 802.15.6标准的超低功耗低数据率收发机，该架构具有可重构性，并能扩展到一般WBAN和WPAN的应用中。
13. 3D数据实时获取与处理的高性能SoC设计研究
人类对更高生活品质的追求永无止境，因此随着3D图像采集与显示技术的迅速发展，用真实感更强的3D图像取代2D图像已成为满足未来工作生活应用需求与技术发展的必然趋势。事实上，目前基于3D技术的电视、手机、网络应用、便携式3D采集设备等正在迅速涌现。学术界对3D技术的研究也越来越重视，其已逐渐成为研究热点。
3D应用的显着特点是涉及多传感器海量数据的处理，其运算量要求极高，而未来应用必然要求设备小型化和低功耗。因此，本项目探索针对海量3D视频数据进行实时处理的高性能SoC核心技术，包括多视视频+深度的3D数据获取时的实时预处理（图像校正、多视图像匹配、多视图像色彩校正）、3D实时表征与编码以及低功耗高速3D数据并行处理技术等方面的SoC设计。课题的研究在于积累探索满足未来3D图像应用、实时处理应用要求的核心算法和集成电路设计技术，从技术上满足未来3D时代的需求，实现人们可以随时、随地通过便携式设备例如手机、相机或摄像机进行3D信息获取与3D网络体验，使得3D真正走入人们的生活，为我国发展相关产业链奠定基础。另外，本课题将利用研究的3D技术，为清华百年校庆实现校园的3D实景数据采集与重建。
14. CdZnTe核探测器读出集成电路设计
开发一款用于CZT粒子探测器的低噪声读出芯片，属于硬X射线天文望远镜研究计划的内容。
