Datateknologi utvikler seg ekstremt raskt. Det er nye layouter og utviklinger som må møte stadig økende krav. Noe av det mest interessante er den veldig store integrerte kretsen. Hva det er? Hvorfor har hun et slikt navn? Vi vet hvordan VLSI står for, men hvordan ser det ut i praksis? Hvor brukes de?
Utviklingshistorikk
På begynnelsen av sekstitallet dukket de første halvledermikrokretsene opp. Siden den gang har mikroelektronikk kommet langt fra enkle logiske elementer til de mest komplekse digitale enhetene. Moderne komplekse og multifunksjonelle datamaskiner kan operere på en enkelt halvleder-enkrystall, hvis areal er én kvadratcentimeter.
Skulle hatt dem på en eller annen måteklassifisere og skille. Veldig stor integrert krets (VLSI) er så k alt fordi det var behov for å utpeke en mikrokrets, der integrasjonsgraden oversteg 104 elementer per brikke. Det skjedde på slutten av syttitallet. I løpet av få år ble det klart at dette var den generelle retningen for mikroelektronikk.
Så, den veldig store integrerte kretsen heter det fordi det var nødvendig å klassifisere alle prestasjonene på dette området. Opprinnelig ble mikroelektronikk bygget på monteringsoperasjoner og var engasjert i implementeringen av komplekse funksjoner ved å kombinere mange elementer i én ting.
Og hva så?
I utgangspunktet var en betydelig del av økningen i kostnadene for produserte produkter nettopp i monteringsprosessen. Hovedstadiene som hvert produkt måtte gjennom, er design, implementering og verifisering av forbindelser mellom komponenter. Funksjonene, samt dimensjonene til enhetene som er implementert i praksis, begrenses utelukkende av antall komponenter som brukes, deres pålitelighet og fysiske dimensjoner.
Så hvis de sier at en veldig stor integrert krets veier mer enn 10 kg, er det fullt mulig. Det eneste spørsmålet er rasjonaliteten i å bruke en så stor blokk med komponenter.
Utvikling
Jeg vil gjerne gjøre en liten digresjon til. Historisk sett har integrerte kretser blitt tiltrukket av deres lille størrelse og vekt. Selv om det gradvis, med utviklingen, var muligheter for stadig nærmereplassering av elementer. Og ikke bare. Dette bør ikke bare forstås som en kompakt plassering, men også som en forbedring av ergonomiske indikatorer, en økning i ytelse og et nivå av driftssikkerhet.
Spesiell oppmerksomhet bør rettes mot material- og energiindikatorer, som direkte avhenger av arealet av krystallen som brukes per komponent. Dette var i stor grad avhengig av stoffet som ble brukt. Opprinnelig ble germanium brukt til halvlederprodukter. Men over tid ble den erstattet av silisium, som har mer attraktive egenskaper.
Hva brukes nå?
Så vi vet at den veldig store integrerte kretsen heter slik fordi den inneholder mange komponenter. Hvilke teknologier brukes for tiden for å lage dem? Oftest snakker de om den dype submikronregionen, som gjør det mulig å oppnå effektiv bruk av komponenter i 0,25-0,5 mikron, og nanoelektronikk, hvor grunnstoffer måles i nanometer. Dessuten blir den første gradvis historie, og i den andre blir det gjort flere og flere funn. Her er en kort liste over utviklinger som blir opprettet:
- Ultrastore silisiumkretser. De har minimumskomponentstørrelser i det dype submikronområdet.
- Høyhastighets heterojunction-enheter og integrerte kretser. De er bygget på basis av silisium, germanium, galliumarsenid, samt en rekke andre forbindelser.
- Teknologi for enheter i nanoskala, hvorav nanolitografi bør nevnes separat.
Selv om små størrelser er angitt her, men det er ingen grunn til å ta feil av hvilken som erultimate ultra-stor integrert krets. Dens totale dimensjoner kan variere i centimeter, og i noen spesifikke enheter til og med meter. Mikrometre og nanometer er bare på størrelse med individuelle elementer (som transistorer), og antallet kan være i milliarder!
Til tross for et slikt tall, kan det hende at en integrert krets i ultrastor skala veier flere hundre gram. Selv om det er mulig at den blir så tung at selv en voksen ikke kan løfte den på egenhånd.
Hvordan lages de?
La oss vurdere moderne teknologi. Så for å lage ultrarene halvleder-enkrystallmaterialer, så vel som teknologiske reagenser (inkludert væsker og gasser), trenger du:
- Sørg for ultrarene arbeidsforhold i området for prosessering og transport av wafer.
- Utvikle teknologiske operasjoner og lag et sett med utstyr, hvor det vil være automatisert prosesskontroll. Dette er nødvendig for å sikre den spesifiserte kvaliteten på behandlingen og lave nivåer av forurensning. Selv om vi ikke bør glemme den høye ytelsen og påliteligheten til de opprettede elektroniske komponentene.
Er det en spøk når det lages elementer, hvis størrelse er beregnet i nanometer? Akk, det er umulig for en person å utføre operasjoner som krever fenomenal nøyaktighet.
Hva med innenlandske produsenter?
HvorforEr den ultrastore integrerte kretsen sterkt assosiert med utenlandsk utvikling? På begynnelsen av 50-tallet av forrige århundre tok Sovjetunionen andreplassen i utviklingen av elektronikk. Men nå er det ekstremt vanskelig for innenlandske produsenter å konkurrere med utenlandske selskaper. Det er ikke helt ille skjønt.
Derfor, angående etableringen av komplekse vitenskapsintensive produkter, kan vi trygt si at den russiske føderasjonen nå har forholdene, personell og vitenskapelig potensial. Det er ganske mange bedrifter og institusjoner som kan utvikle ulike elektroniske enheter. Riktignok finnes alt dette i et ganske begrenset volum.
Så det er ofte tilfelle når høyteknologiske «råvarer» brukes til utvikling, som VLSI-minne, mikroprosessorer og kontrollere som er produsert i utlandet. Men samtidig løses visse problemer med signalbehandling og beregninger programmatisk.
Selv om det ikke skal antas at vi utelukkende kan kjøpe og montere utstyr fra ulike komponenter. Det finnes også innenlandske versjoner av prosessorer, kontrollere, integrerte kretser i ultrastor skala og annen utvikling. Men dessverre, de kan ikke konkurrere med verdens ledere når det gjelder effektivitet, noe som gjør deres kommersielle implementering vanskelig. Men å bruke dem i hjemmesystemer der du ikke trenger mye strøm eller du trenger å ta vare på påliteligheten, er fullt mulig.
PLSer for programmerbar logikk
Dette er en særskilt tildelt lovende type utvikling. De er ute av konkurranse på de områdene der du trenger å skapehøyytelses spesialiserte enheter fokusert på maskinvareimplementering. Takket være dette er oppgaven med å parallellisere prosesseringsprosessen løst og ytelsen tidobles (sammenlignet med programvareløsninger).
I hovedsak har disse ultra-storskala integrerte kretsene allsidige, konfigurerbare funksjonsomformere som lar brukere tilpasse forbindelsene mellom dem. Og alt er på én krystall. Resultatet er en kortere byggesyklus, en økonomisk fordel for småskala produksjon, og muligheten til å gjøre endringer på ethvert stadium av designet.
Utvikling av programmerbare logiske ultrastore integrerte kretser tar flere måneder. Deretter konfigureres de på kortest mulig tid – og alt dette til et minimumskostnadsnivå. Det er forskjellige produsenter, arkitekturer og muligheter for produktene de lager, noe som i stor grad øker muligheten til å fullføre oppgaver.
Hvordan klassifiseres de?
Vanligvis brukt til dette:
- Logisk kapasitet (grad av integrering).
- Organisering av den interne strukturen.
- Type programmerbart element som brukes.
- Funksjonsomformerarkitektur.
- Tilstedeværelse/fravær av intern RAM.
Hvert element fortjener oppmerksomhet. Men dessverre, størrelsen på artikkelen er begrenset, så vi vil kun vurdere den viktigste komponenten.
Hva erlogisk kapasitet?
Dette er den viktigste funksjonen for integrerte kretser i veldig stor skala. Antall transistorer i dem kan være i milliarder. Men på samme tid er størrelsen deres lik en elendig brøkdel av en mikrometer. Men på grunn av redundansen til strukturer, måles logisk kapasitet i antall porter som trengs for å implementere enheten.
For å utpeke dem, brukes indikatorer på hundretusener og millioner av enheter. Jo høyere verdien av logisk kapasitet er, desto flere muligheter kan en integrert krets i ultrastor skala tilby oss.
Om målene som ble fulgt
VLSI ble opprinnelig laget for femte generasjons maskiner. I produksjonen ble de veiledet av en streaming-arkitektur og implementeringen av et intelligent menneske-maskin-grensesnitt, som ikke bare vil gi en systematisk løsning på problemer, men også gi Masha muligheten til å tenke logisk, selvlære og tegne logisk konklusjoner.
Det ble antatt at kommunikasjonen skulle foregå på naturlig språk ved bruk av en taleform. Vel, på en eller annen måte ble det implementert. Men likevel er det fortsatt langt fra den fullverdige problemfrie etableringen av ideelle ultrastore integrerte kretser. Men vi, menneskeheten, går videre med selvtillit. VLSI designautomatisering spiller en stor rolle i dette.
Som tidligere nevnt krever dette mye menneske- og tidsressurser. Derfor, for å spare penger, er automatisering mye brukt. Tross alt, når det er nødvendig å etablere forbindelser mellom milliarderkomponenter, vil til og med et team på flere dusin personer bruke år på det. Mens automatisering kan gjøre dette i løpet av noen timer, hvis riktig algoritme er lagt.
Ytterligere reduksjon virker problematisk nå, siden vi allerede nærmer oss grensen for transistorteknologi. Allerede er de minste transistorene bare noen få titalls nanometer store. Hvis vi reduserer dem med flere hundre ganger, vil vi rett og slett løpe inn i dimensjonene til atomet. Dette er utvilsomt bra, men hvordan gå videre med hensyn til å øke effektiviteten til elektronikken? For å gjøre dette, må du gå til et nytt nivå. For eksempel for å lage kvantedatamaskiner.
Konklusjon
Ultra-storskala integrerte kretser har hatt en betydelig innvirkning på utviklingen av menneskeheten og mulighetene vi har. Men det er sannsynlig at de snart vil bli foreldet og noe helt annet vil komme for å erstatte dem.
Tross alt, dessverre, nærmer vi oss allerede grensen for muligheter, og menneskeheten er ikke vant til å stå stille. Derfor er det sannsynlig at ultrastore integrerte kretser vil bli gitt behørig utmerkelse, hvoretter de vil bli erstattet av mer avanserte design. Men foreløpig bruker vi alle VLSI som toppen av eksisterende skapelse.
