Super kompletni integrirani krug (VLSI) nazvan je tako jer ... Vrlo velik integrirani krug: dimenzije, težina i opis

Računalska tehnologija se razvija vrlo brzo. Postoje svi novi izgledi i razvoji koji bi trebali zadovoljiti sve veće zahtjeve. Jedan od najzanimljivijih trenutaka je iznimno veliki integrirani krug. Što je to? Zašto ima takvo ime? Znamo kako dekodirati VLSI, ali što ona predstavlja u praksi? Gdje se koriste?

Povijest razvoja

Početkom šezdesetih pojavili su se prvi poluvodički čipovi. Od tada, mikroelektronika je došla daleko od jednostavnih elemenata logike do najsuvremenijih digitalnih uređaja. Moderna složena i višenamjenska računala mogu raditi na jednostrukom poluvodičkom monokristalu čija je površina jedan četvorni centimetar.

Bilo je potrebno nekako ih klasificirati i razlikovati ih. Very Large Scale Integration (VLSI), nazvan tako jer tamo treba označavati čip u kojem je stupanj integracije viša od 104 elemenata na jednom umrijeti. Dogodilo se to kasnih sedamdesetih godina. Za nekoliko godina postalo je jasno da je ovo opći smjer mikroelektronike.

Dakle, veoma veliki integrirani krug naziva se tako jer je bilo potrebno klasificirati sva dostignuća u ovom području. U početku, mikroelektronika je izgrađena na montaži i bila je uključena u provedbu složenih funkcija koje kombiniraju mnoge elemente u jednu stvar.

A što onda?

U početku je značajan dio povećanja troškova proizvedenih proizvoda bio u procesu montaže. Glavne etape koje je svaki proizvod morao proći jest projektiranje, izvođenje i testiranje veza između komponenti. Funkcije, kao i veličine uređaja, koje su provedene u praksi, ograničene su samo brojem upotrijebljenih komponenti, njihovom pouzdanosti i fizičkom veličinom.

Stoga, ako kažu da neki super-veliki integrirani krug teži više od 10 kg, sasvim je moguće. Jedino je pitanje racionalnost korištenja takvog velikog bloka komponenti.

razvoj

Želim napraviti još jednu malu digresiju. Povijesno se pokazalo da su u integriranim krugovima privlačili malu veličinu i težinu. Premda se postupno pojavljuje razvoj, pojavile su se mogućnosti sve većeg uređenja elemenata. I ne samo. Ovime valja razumjeti ne samo kompaktni raspored već i poboljšanje ergonomskih pokazatelja, povećanje karakteristika i razinu pouzdanosti funkcioniranja.

Posebna se pozornost treba posvetiti materijalnim i energetskim pokazateljima, koji izravno ovise o području kristala koji se koristi po jednoj komponenti. U mnogim aspektima to je ovisilo o upotrijebljenoj supstanci. U početku je korišten germanium za poluvodičke proizvode. No s vremenom je zamijenjen silicijem koji ima atraktivnije karakteristike.

Što sada koriste?

Dakle, znamo da je tako integrirani krug izuzetno velikih razmjera jer sadrži mnoge komponente. Koje se tehnologije sada koriste za njihovo stvaranje? Najčešće govore o dubokoj ispod mikrona regiji koji omogućava učinkovito korištenje komponenti u 0.25-0.5 mikrona i nano-elektronike, gdje su elementi mjeri u nanometara. A prva postupno postaje povijest, au drugom, sva velika otkrića su napravljena. Evo kratkog popisa zbivanja koje se kreiraju:

1. Ultra-veliki silicijevi krugovi. U njima, u dubokom submicronskom području, dobivaju se minimalne dimenzije komponenti.
2. Superfast heterojunction uređaji i integrirani krugovi. Temelji se na siliciju, germijanu, galijevom arsenidu, kao i nizu drugih spojeva.
3. Tehnologija nano-skalnih uređaja, od kojih bi trebalo spomenuti nanolithography zasebno.

Iako je ovdje i označava malu veličinu, ali ne treba pogrešno shvatiti što je krajnji super-veliki integrirani krug. Opće dimenzije mogu se razlikovati u centimetrima, a na nekim specifičnim uređajima čak i metara. Mikrometri i nanometri su samo veličina pojedinih elemenata (na primjer, tranzistora), a njihov se broj može procijeniti u milijardama!

Unatoč takvom broju, možda je super-veliki integrirani krug težak nekoliko stotina grama. Iako je moguće da će biti toliko teška da čak i odrasla osoba ne može samostalno podići.

Kako su stvoreni?

Razmislite o modernoj tehnologiji. Dakle, za stvaranje ultra-čistih poluvodičkih jednokomponentnih materijala, kao i tehnoloških reagensa (uključujući tekućine i plinove) potrebno je:

1. Osigurati izuzetno čiste uvjete proizvodnje u području prerade i transporta ploča.
2. Razviti tehnološke operacije i stvoriti skup opreme, gdje će biti automatizirana kontrola procesa. To je neophodno kako bi se osigurala određena kvaliteta liječenja i niska razina onečišćenja. Iako ne bismo trebali zaboraviti na visoku učinkovitost i pouzdanost generiranih elektroničkih komponenti.

Je li to šala kada su stvoreni elementi, čija se veličina izračunava u nanometarima? Čovjek, nažalost, ne može obavljati poslove koji zahtijevaju fenomenalnu točnost.

Što je s domaćim proizvođačima?

Zašto je ekstremno veliki integrirani krug čvrsto povezan s inozemnim razvojem? Početkom 50-ih godina prošlog stoljeća, SSSR je zauzeo drugo mjesto u razvoju elektronike. Ali sada su domaći proizvođači iznimno teško konkurirati stranim tvrtkama. Iako nije sve tako loše.

Dakle, s obzirom na stvaranje složenih znanosti intenzivnih proizvoda, može se sa sigurnošću reći da u Ruskoj Federaciji postoje uvjeti, osoblje i znanstveni potencijal. Postoji nekoliko poduzeća i institucija koje mogu razviti razne elektroničke uređaje. Istina, sve to postoji u prilično ograničenoj količini.

Tako je često slučaj kada se za razvoj koristi "high-tech" sirovine poput VLSI memorije, mikroprocesora i kontrolera koji su proizvedeni u inozemstvu. No istodobno se rješavaju određene zadaće obrade i računanja signala softverom.

Iako ne treba pretpostaviti da možemo isključivo kupiti i skupljati opremu iz različitih dijelova. Tu su i domaće varijante procesora, kontrolera, super-velikih integriranih sklopova i drugih zbivanja. Ali, nažalost, ne mogu se natjecati s voditeljima svijeta u njihovoj učinkovitosti, što otežava njihovo komercijalno provođenje. Ali ovdje je sasvim moguće koristiti ih u domaćim sustavima gdje nema potrebe za mnogim kapacitetima ili je potrebno brinuti se o pouzdanosti.

Izuzetno velika integrirani krugovi programabilna logika

Ovo je zasebno identificirana perspektivna vrsta razvoja. Oni su izvan konkurencije u onim područjima gdje je potrebno stvoriti specijalizirane uređaje visokih performansi usmjerenih na implementaciju hardvera. Zbog toga se rješava zadatak paraleliziranja procesa obrade i povećava produktivnost desetaka puta (u usporedbi s softverskim rješenjima).

U stvari, ti ultra-veliki integrirani krugovi imaju univerzalne prilagodljive funkcionalne pretvornike, koji korisnicima omogućuju da prilagode komunikaciju između njih. I sve je na istom čipu. Kao rezultat toga, kraći ciklus stvaranja, ekonomska dobit za malu proizvodnju i mogućnost promjene u proizvoljnoj fazi dizajna.

Razvoj velikih integriranih krugova programabilne logike traje nekoliko mjeseci. Nakon toga, konfigurirani su u najkraćem roku - a to je sve s minimalnom razinom troškova. Postoje različiti proizvođači, arhitektura i mogućnosti proizvoda koje stvaraju, što uvelike poboljšava sposobnost obavljanja dodijeljenih zadataka.

Koji su kriteriji klasificirani?

Obično se to radi pomoću:

1. Logička sposobnost (stupanj integracije).
2. Organizacija unutarnje strukture.
3. Vrsta primijenjenog programirajućeg elementa.
4. Arhitektura funkcionalne konvertera.
5. Prisutnost / odsutnost unutarnje operativne memorije.

Svaka stavka zaslužuje pozornost. Ali, nažalost, veličina članka je ograničena, stoga ćemo razmotriti samo najvažniju komponentu.

Što je logičan kapacitet?

Ovo je najvažnija značajka za ultra-velike integrirane krugove. Broj tranzistora u njima može biti milijarde. No, istodobno je njihova veličina jednaka jadnoj frakciji mikrometra. No, zbog redundancije struktura, logički kapacitet se mjeri u broju vrata koja su potrebna za implementaciju uređaja.

Za njihovo označavanje koriste se indikatori u stotinama tisuća i milijunima jedinica. Što je veća vrijednost logičkog kapaciteta, veće mogućnosti možemo ponuditi vrlo veliki integrirani krug.

O ciljevima koji se traže

VLSI su izvorno dizajnirani za strojeve pete generacije. Na njihovom proizvodnjom usmjerena na streaming arhitekture i implementaciju inteligentnih sučelje čovjek-stroj, koji ne samo da će osigurati sustavno rješenje problema, ali i pružiti priliku da misle logično kaša, educirati sebe i napraviti zaključke.

Pretpostavljeno je da će komunikacija biti provedena na prirodnom jeziku pomoću govornog oblika. Pa, na ovaj ili onaj način realiziran. No, još uvijek je daleko od potpune i glatke kreacije idealnih super-velikih integriranih sklopova. Ali mi, čovječanstvo, prije toga se pouzdano kreću. Automatizacija VLSI dizajna igra važnu ulogu u tome.

Kao što je već spomenuto, za to je potrebno provesti puno ljudskih i vremenskih resursa. Stoga, za uštedu novca, automatizacija se često koristi. Uostalom, kada je potrebno uspostaviti veze između milijarde komponenti, čak i tim od nekoliko desetaka ljudi će provesti godine na njemu. Onda kako automatizacija to može učiniti za nekoliko sati, ako je položen točan algoritam.

Sada, daljnja redukcija izgleda prilično problematična, jer se već približavamo ograničenju tehnologije tranzistora. Već, najmanji tranzistor ima veličinu od nekoliko desetaka nanometara. Ako ih smanjimo za nekoliko stotina puta, onda se jednostavno odmaramo od dimenzija atoma. Bez sumnje, to je dobro, ali kako dalje kretati u smislu povećanja učinkovitosti elektronike? Da biste to učinili, morate ići na novu razinu. Na primjer - stvoriti kvantna računala.

zaključak

Ekstra velikih integriranih krugova imali su značajan utjecaj na razvoj čovječanstva i mogućnosti koje imamo. No, vrlo je vjerojatno da će uskoro postati zastarjeli i da će ih zamijeniti nešto vrlo različito.

Jao, nažalost, već se približavamo ograničenju mogućnosti, ali čovječanstvo nije naviklo da stoji na mjestu. Dakle, vjerojatno će super-veliki integrirani krugovi postati počasti, nakon čega će biti zamijenjeni naprednijim razvojem. No, za sada, svi koristimo VLSI kao vrh postojeće kreacije.