Суперкомплектната интегрална схема (VLSI) е наречена така, защото ... Ултра голяма интегрална схема: размери, тегло и описание

Компютърната технология се развива изключително бързо. Има всички нови оформления и разработки, които трябва да отговарят на все по-нарастващите изисквания. Един от най-интересните моменти е изключително голяма интегрална схема. Какво е това? Защо има такова име? Знаем как да декодираме VLSI, но какво представлява на практика? Къде се използват?

История на развитието

В началото на шейсетте години се появиха първите полупроводникови чипове. Оттогава микроелектрониката е дошла далеч от обикновените логически елементи до най-сложните цифрови устройства. Модерните сложни и многофункционални компютри могат да работят върху един полупроводников единичен кристал, чиято площ е един квадратен сантиметър.

Необходимо е някак да ги класифицираме и да ги различаваме. Суперинтегрираната интегрална схема (VLSI) е наречена така, защото е необходимо да се обозначи микросхема, при която интеграционната степен надхвърля 104 елемента на кристал. Това се случи в края на седемдесетте години. След няколко години стана ясно, че това е общата посока на микроелектрониката.

Така че много голяма интегрална схема е наречена така, защото е необходимо да се класифицират всички постижения в тази област. Първоначално микроелектрониката е изградена върху монтажни операции и е ангажирана с изпълнението на сложни функции, съчетаващи много елементи в едно нещо.

И какво?

Първоначално значителна част от увеличението на цената на произвежданите продукти е в процес на сглобяване. Основните етапи, през които трябваше да преминава всеки продукт, са проектирането, изпълнението и тестването на връзките между компонентите. Функциите, както и размерите на устройствата, които бяха приложени на практика, са ограничени само от броя на използваните компоненти, тяхната надеждност и физически размер.

Ето защо, ако кажат, че някои супер големи интегрални схеми тежат повече от 10 кг, това е напълно възможно. Единственият въпрос е рационалността на използването на такъв голям блок от компоненти.

развитие

Искам да направя още малко отклонение. Исторически се оказа, че в интегралните схеми привлече малкия им размер и тежест. Макар постепенно, когато се развиваше, се появиха възможностите за все по-тясно подреждане на елементите. И не само. С това е целесъобразно да се разбере не само компактното подреждане, но и подобряването на ергономичните показатели, увеличаването на характеристиките и степента на надеждност на функционирането.

Особено внимание трябва да се обърне на материални и енергийни показатели, които пряко зависят от площта на използвания кристал за един компонент. В много отношения той зависи от използваното вещество. Първоначално германиевият материал се използва за полупроводникови продукти. Но с течение на времето тя е заменена със силиций, който има по-привлекателни характеристики.

Какво използват сега?

Значи, знаем, че една изключително мащабна интегрална схема е наречена така защото съдържа много компоненти. Какви технологии се използват сега за създаването им? Най-често се говори за дълбоко област микрон, което позволява ефективното използване на компоненти в 0,25-0,5 микрона и наноелектроника, където елементите се измерват в нанометри. И първият постепенно става история, а във втория - всички големи открития. Ето кратък списък с разработки, които са създадени:

1. Изключително големи силиконови вериги. В тях, в дълбоката подмикронна област, са осигурени минималните размери на компонентите.
2. Устройства с висока скорост и интегрални схеми. Те са базирани на силиций, германий, галиев арсенид, както и редица други съединения.
3. Технологията на наномащабни устройства, от които трябва да споменаваме отделно нанолитографията.

Макар че тук и е показал малък размер, но не е нужно да се заблуждават за това какво е крайната супер голяма интегрална схема. Цялостните му размери могат да варират в сантиметри, а в някои конкретни устройства дори и метри. Микрометри и нанометри са само размерите на отделните елементи (например транзистори), а броят им може да бъде изчислен на милиарди!

Независимо от такъв брой, може да се окаже, че свръхшимата интегрална схема тежи няколко стотин грама. Въпреки че е възможно тя да бъде толкова тежка, че дори един възрастен да не може да я повдигне сам.

Как се създават?

Обмислете съвременна технология. За да се създадат ултра-чисти полупроводникови еднокристални материали, както и технологични реактиви (включително течности и газове), е необходимо:

1. Осигурете ултра-чисти производствени условия в зоната за обработка и транспортиране на плочите.
2. Разработване на технологични операции и създаване на набор от съоръжения, в които ще има автоматизиран контрол на процесите. Това е необходимо, за да се осигури определено качество на лечението и ниско ниво на замърсяване. Въпреки че не трябва да забравяме за високата производителност и надеждността на генерираните електронни компоненти.

Това е шега, когато се създават елементи, чийто размер се изчислява в нанометри? Човекът, уви, не може да изпълнява операции, изискващи феноменална точност.

Какво ще кажете за местните производители?

Защо е изключително голяма интегрална схема, тясно свързана с чуждестранни разработки? В началото на 50-те години на миналия век СССР заема второ място в развитието на електрониката. Но сега местните производители са изключително трудни да се конкурират с чуждестранни компании. Въпреки че не всичко е толкова лошо.

Така че, по отношение на създаването на сложни научно-интензивни продукти, можем уверено да кажем, че в Руската федерация съществуват условия, персонал и научен потенциал. Има съвсем малко предприятия и институции, които могат да развиват различни електронни устройства. Вярно е, че всичко това съществува в доста ограничена сума.

Така че, често, когато за разработка се използват високотехнологични "суровини" като VLSI памет, микропроцесори и контролери, произведени в чужбина. Но в същото време се решават определени задачи по обработка на сигнали и изчисления чрез софтуер.

Въпреки че не трябва да се предполага, че можем да закупуваме и събираме изключително оборудване от различни компоненти. Има и вътрешни варианти на процесори, контролери, супер големи интегрални схеми и други разработки. Но, уви, те не могат да се конкурират с лидерите на света в тяхната ефективност, което затруднява тяхното търговско внедряване. Но тук е напълно възможно да ги използвате в домашни системи, където няма нужда от много възможности или е необходимо да се грижим за надеждността.

Много голям интегрални схеми програмируема логика

Това е отделно идентифициран перспективен тип развитие. Те са извън конкуренцията в областите, където е необходимо да се създадат високопроизводителни специализирани устройства, ориентирани към хардуерното им внедряване. Поради това задачата за паралелизиране на процеса на обработка се решава и производителността се увеличава десетки пъти (в сравнение със софтуерните решения).

Всъщност тези ултра големи интегрални схеми имат универсални адаптивни функционални преобразуватели, които позволяват на потребителите да персонализират комуникациите между тях. И всичко е на един чип. В резултат на това, по-кратък цикъл на създаване, икономическа печалба за дребномащабно производство и възможност да се правят промени на произволен етап от дизайна.

Разработването на широкомащабни интегрални схеми с програмируема логика отнема няколко месеца. След това те са конфигурирани в най-кратки срокове - и това е всичко с минимално ниво на разходите. Съществуват различни производители, архитектура и способности на продуктите, които създават, което значително подобрява способността да изпълнява зададени задачи.

По какви критерии те се класифицират?

Обикновено това се прави с помощта на:

1. Логически капацитет (степен на интеграция).
2. Организация на вътрешната структура.
3. Тип приложен програмируем елемент.
4. Архитектура на функционалния конвертор.
5. Наличие / липса на вътрешна оперативна памет.

Всеки елемент заслужава внимание. Но уви, размерът на статията е ограничен, така че ще разгледаме само най-важния компонент.

Какъв е логичният капацитет?

Това е най-важната характеристика за ултра-големи интегрални схеми. Броят на транзисторите в тях може да бъде милиарди. Но в същото време размерът им е равен на мизерната част на микрометъра. Но поради излишъка на структури, логическият капацитет се измерва в броя на вратите, необходими за внедряването на устройството.

За тяхното обозначаване индикаторите се използват в стотици хиляди и милиони единици. Колкото по-висока е стойността на логическия капацитет, толкова по-широки възможности можем да предложим на много голяма интегрална схема.

За преследваните цели

VLSIs са били първоначално проектирани за машини от пето поколение. В производството им се фокусира върху стрийминг архитектура и изпълнение на интелигентен връзката човек-машина, която не само ще осигури система, решаване на проблемите, но също така дава възможност да се мисли логично маше, се образоват и да направи изводи.

Предполага се, че комуникацията ще се осъществява на естествен език, като се използва реч. Е, по един или друг начин се осъзнаваше. Но това все още е далеч от пълното гладко създаване на идеални супер големи интегрални схеми. Но ние, човечеството, се движим уверено преди това. Автоматизирането на дизайна на VLSI играе важна роля в това отношение.

Както вече беше споменато, за това е необходимо да се отделят много човешки и времеви ресурси. Затова, за да спестите пари, автоматизацията се използва широко. В крайна сметка, когато е необходимо да се установят връзки между милиарди компоненти, дори екип от няколко дузина души ще прекара години в него. Тогава как може автоматизацията да направи това за няколко часа, ако се постави правилният алгоритъм.

Сега, по-нататъшното намаляване изглежда доста проблематично, тъй като вече се доближаваме до границата на транзисторната технология. Вече най-малките транзистори са с размер няколко десетки нанометри. Ако ги намалим с няколкостотин пъти, просто се придържаме към размерите на атома. Несъмнено, това е добре, но как да се движим по-далеч от гледна точка на повишаване на ефективността на електрониката? За да направите това, трябва да отидете на ново ниво. Например - за да създадете квантови компютри.

заключение

Изключително големи интегрални схеми имаха значително влияние върху развитието на човечеството и възможностите, които имаме. Но най-вероятно скоро ще станат остарели и нещо много различно ще дойде да ги замени.

Уви, уви, вече се приближаваме до границата на възможностите, но човечеството не е свикнало да стои на място. Поради това вероятно ще бъдат отличени свръхголеми интегрални схеми, след което те ще бъдат заменени от по-напреднали разработки. Но за момента всички ние използваме VLSI като върха на съществуващото творение.