Superkompletní integrovaný obvod (VLSI) je pojmenován tak, že ... Velmi velký integrovaný obvod: rozměry, hmotnost a popis

Počítačová technologie se vyvíjí velmi rychle. Existují všechny nové rozvržení a vývoj, které by měly splňovat stále rostoucí požadavky. Jedním z nejzajímavějších momentů je mimořádně velký integrovaný obvod. Co to je? Proč má takové jméno? Víme, jak dekódovat VLSI, ale co to znamená v praxi? Kde jsou použity?

Historie vývoje

Na počátku šedesátých let se objevily první polovodičové čipy. Od té doby se mikroelektronika vydala dlouhou cestou od jednoduchých logických prvků k nejmodernějším digitálním zařízením. Moderní komplexní a multifunkční počítače mohou pracovat na jediném polovodičovém monokrystalu, jehož plocha je jeden čtvereční centimetr.

Bylo nutné je nějak klasifikovat a rozlišit. Very Large Scale Integration (VLSI), pojmenovaný tak proto, že je třeba označit čip, ve kterém je stupeň integrace vyšší než 104 prvků na jednom čipu. Stalo se to v pozdních sedmdesátých letech. Za pár let se ukázalo, že toto je obecný směr pro mikroelektroniku.

Takže velký integrovaný obvod je pojmenován tak, že bylo nutné klasifikovat všechny úspěchy v této oblasti. Zpočátku byla mikroelektronika postavena na montážních operacích a zabývala se zaváděním komplexních funkcí spojujících mnoho prvků do jedné věci.

A co potom?

Zpočátku byla významná část nárůstu nákladů na vyráběné výrobky v procesu montáže. Hlavní etapy, které každý produkt musel projít, je návrh, provedení a testování spojení mezi komponentami. Funkce i velikost zařízení, které byly v praxi implementovány, jsou omezeny pouze počtem použitých komponent, jejich spolehlivostí a fyzickou velikostí.

Proto, pokud říkají, že nějaký super velký integrovaný obvod váží více než 10 kg, je to docela možné. Jedinou otázkou je racionalita používání tak velkého bloku komponent.

Vývoj

Chci udělat další malý odstup. Historicky se ukázalo, že v integrovaných obvodech přitahuje jejich malá velikost a hmotnost. Přestože se postupně objevoval vývoj, objevily se možnosti stále těsnějšího uspořádání prvků. A nejen to. Tímto způsobem stojí za to pochopit nejen kompaktní uspořádání, ale také zlepšení ergonomických ukazatelů, zvýšení charakteristik a míru spolehlivosti fungování.

Zvláštní pozornost by měla být věnována materiálovým a energetickým ukazatelům, které přímo závisí na ploše použitého krystalu na jednu složku. V mnoha ohledech záviselo na použité látce. Zpočátku byl germanium používán pro polovodičové produkty. V průběhu času se však nahradil křemíkem, který má atraktivnější vlastnosti.

Co teď používají?

Takže víme, že obrovský integrovaný obvod je pojmenován tak protože obsahuje mnoho komponent. Jaké technologie se nyní používají k jejich vytvoření? Nejčastěji se hovoří o hlubokém submikronových oblasti, která umožňuje efektivní využívání složek v 0,25-0,5 um a nano-elektroniky, kde jsou prvky měří v nanometrech. A první se postupně stává historií a ve druhé se dělají všechny velké objevy. Zde je krátký seznam vývoje, který vznikl:

1. Velmi silné křemíkové obvody. V nich, v hluboké submikronové oblasti, jsou poskytovány minimální rozměry součástí.
2. Velmi rychlé heterojunkční zařízení a integrované obvody. Jsou založeny na křemíku, germaniu, arsenidu gallia, stejně jako řada dalších sloučenin.
3. Technologie nanoskopických zařízení, o nichž bychom měli uvádět nanolitografii samostatně.

Přestože zde je uvedena malá velikost, ale nemusíte se mýlit, co je konečný velkokapacitní integrovaný obvod. Celkové rozměry se mohou lišit v centimetrech av některých specifických zařízeních i metry. Mikrometry a nanometry jsou pouze velikosti jednotlivých prvků (například tranzistory) a jejich počet lze odhadnout v miliardách!

Navzdory takovému číslu může být obrovský integrovaný obvod vážit několik set gramů. Přestože je možné, že bude tak těžké, že ani dospělý nemůže sám o sobě zvednout.

Jak jsou vytvořeny?

Zvažte moderní technologii. Takže, pro vytvoření ultra-čistý jednokrystalové polovodičových materiálů, jakož i procesních činidel (včetně kapalin a plynů) musí být:

1. Zajistěte velmi čisté výrobní podmínky v oblasti zpracování a přepravy desek.
2. Rozvíjet technologické operace a vytvářet sadu zařízení, kde bude automatizované řízení procesu. To je nezbytné pro zajištění dané kvality ošetření a nízké úrovně kontaminace. Přesto bychom neměli zapomenout na vysoký výkon a spolehlivost generovaných elektronických součástek.

Je to vtip, když jsou vytvořeny prvky, jejichž velikost je vypočtena v nanometrech? Muž, bohužel, nemůže provádět operace, které vyžadují fenomenální přesnost.

A co domácí výrobci?

Proč je extrémně velký integrovaný obvod pevně spojen se zahraničním vývojem? Začátkem 50. let minulého století se SSSR dostal na druhé místo ve vývoji elektroniky. Nyní jsou však domácí výrobci extrémně obtížní soutěžit se zahraničními společnostmi. I když to není všechno špatné.

Takže pokud jde o vytváření komplexních vědecky náročných produktů, lze s jistotou říci, že v Ruské federaci existují podmínky, personál a vědecký potenciál. Existuje poměrně málo podniků a institucí, které mohou rozvíjet různé elektronické přístroje. Je pravda, že všechno existuje v poměrně omezeném množství.

Proto se často stává, pokud je použit pro vývoj high-tech „materiály“, jako VLSI paměti, mikroprocesory a regulátory, které byly vyrobeny v zahraničí. Zároveň jsou však vyřešeny určité úkoly zpracování signálu a výpočet softwaru.

Přestože nelze předpokládat, že můžeme výhradně nakupovat a sbírat zařízení z různých komponent. Existují také domácí varianty procesorů, regulátorů, velkých integrovaných obvodů a další vývoj. Ale, bohužel, nemohou soutěžit s vůdci světa v jejich efektivitě, což komplikuje jejich komerční realizaci. Ale tady je docela možné je používat v domácích systémech, kde není třeba mnoho kapacit, nebo je třeba se starat o spolehlivost.

Extra velká integrované obvody programovatelná logika

Jedná se o samostatně identifikovaný perspektivní typ vývoje. Jsou nad konkurencí v těch oblastech, kde je nutné vytvářet vysoce výkonné specializované zařízení orientované na implementaci hardwaru. Z tohoto důvodu je řešena úloha paralelizace procesu zpracování a produktivita se zvyšuje desítky (v porovnání se softwarovými řešeními).

Tyto ultra velké integrované obvody mají univerzální přizpůsobitelné funkční měniče, které uživatelům umožňují přizpůsobit komunikaci mezi nimi. A je to všechno na stejném čipu. Výsledkem je kratší cyklus tvorby, ekonomický zisk pro drobnou produkci a možnost změny v libovolné fázi návrhu.

Vývoj rozsáhlých integrovaných obvodů programovatelné logiky trvá několik měsíců. Poté jsou konfigurovány v co nejkratším čase - a to vše je s minimální úrovní nákladů. Existují různí výrobci, architektura a schopnosti produktů, které vytvářejí, což značně zlepšuje schopnost provádět přiřazené úkoly.

Jakými kritérii jsou klasifikovány?

Obvykle se to provádí pomocí:

1. Logická kapacita (stupeň integrace).
2. Organizace vnitřní struktury.
3. Typ použitého programovatelného prvku.
4. Architektura funkčního převodníku.
5. Přítomnost / nepřítomnost vnitřní operační paměti.

Každá položka si zaslouží pozornost. Ale bohužel, velikost článku je omezená, takže budeme zvažovat pouze nejdůležitější součást.

Co je logická kapacita?

Jedná se o nejdůležitější charakteristiku velkých integrovaných obvodů. Počet tranzistorů v nich může být miliardy. Současně se však jejich velikost rovná zoufalému zlomku mikrometru. Ale kvůli redundanci struktur je logická kapacita měřena v počtu bran, který je potřebný pro implementaci zařízení.

Pro jejich označení jsou indikátory používány ve stovkách tisíců a miliónech jednotek. Čím vyšší je logická kapacita, tím rozsáhlejší možnosti nabízíme velký integrovaný obvod.

O sledovaných cílech

VLSI byly původně navrženy pro stroje páté generace. Při jejich výrobě zaměřeny na streamování architekturu a realizaci inteligentní rozhraní člověk-stroj, který bude nejen poskytnout systémové řešení problémů, ale také poskytnout příležitost k logicky myslet hmota, vzdělávat se a dělat závěry.

Předpokládalo se, že komunikace bude probíhat v přirozeném jazyce pomocí řeči. No, tak či onak to bylo realizováno. Ale je to stále daleko od plnohodnotného hladkého vytvoření ideálních velkých integrovaných obvodů. Ale my, lidskost, se před tím předem přesvědčuje. Automatizace designu VLSI hraje v této věci důležitou roli.

Jak již bylo řečeno, je nutné věnovat spoustu lidských a časových prostředků. Proto se šetří peníze a automatizace je široce využívána. Koneckonců, když je nutné vytvořit propojení mezi miliardami komponent, dokonce i tým několika desítek lidí stráví roky. Tak jak může automatizace dělat to za pár hodin, pokud je položen správný algoritmus.

Nyní se zdá, že další snížení je poměrně problematické, jelikož se blížíme hranici tranzistorové technologie. Již nejmenší tranzistory mají velikost několika desítek nanometrů. Pokud je snížíme o několik stovek časů, pak se prostě opře o rozměry atomu. Je nepochybné, že je to dobré, ale jak se dále pohybovat, pokud jde o zvýšení účinnosti elektroniky? K tomu musíte jít na novou úroveň. Například - vytvořit kvantové počítače.

Závěr

Mimořádně velké integrované obvody měly významný vliv na rozvoj lidstva a příležitosti, které máme. Je však pravděpodobné, že brzy budou zastaralé a nahradí je něco zcela jiného.

Bohužel, bohužel se blížíme k hranici možností, ale lidstvo není zvyklé na to, že stojí na místě. Proto budou pravděpodobně nadměrně velké integrované obvody uděleny poctě, po které budou nahrazeny pokročilejšími vývojovými trendy. Ale prozatím všichni používáme VLSI jako špičku stávajícího stvoření.