Superkompletno integrirano vezje (VLSI) se imenuje tako, ker ... Ultra-veliko integrirano vezje: dimenzije, teža in opis

Računalniška tehnologija se razvija zelo hitro. Obstajajo vse nove postavitve in razvoj, ki bi morali izpolnjevati vse večje zahteve. Eden izmed najbolj zanimivih trenutkov je izjemno veliko integrirano vezje. Kaj je to? Zakaj ima tako ime? Vemo, kako dekodirati VLSI, vendar kaj v praksi predstavlja? Kje se uporabljajo?

Zgodovina razvoja

V začetku šestdesetih let so se pojavili prvi polprevodniški čipi. Od takrat je mikroelektronika daleč od preprostih logičnih elementov do najsodobnejših digitalnih naprav. Sodobni kompleksni in večfunkcijski računalniki lahko delujejo na enem samem polprevodniškem monokristalu, katerega površina je en kvadratni centimeter.

Nekako jih je bilo treba razvrstiti in ločiti. Superintegrirano integrirano vezje (VLSI) se imenuje tako, ker je postalo potrebno imenovati mikrovezo, za katero je stopnja integracije presegla 104 elementov na kristal. To se je zgodilo v poznih sedemdesetih letih. V nekaj letih je postalo jasno, da je to splošna usmeritev za mikroelektroniko.

Torej je zelo veliko integrirano vezje imenovano tako, ker je bilo treba razvrstiti vse dosežke na tem področju. Na začetku je bila mikroelektronika zgrajena na montažnih operacijah in se je ukvarjala z izvajanjem kompleksnih funkcij, ki so združevale veliko elementov v eni stvari.

In kaj potem?

Na začetku je bil v procesu montaže pomemben del povečanja stroškov izdelanih proizvodov. Glavne faze, po katerih je moral vsak proizvod iti, je načrtovanje, izvedba in preizkušanje povezav med komponentami. Funkcije in velikosti naprav, ki so bile izvedene v praksi, so omejene le s številom uporabljenih komponent, njihovo zanesljivostjo in fizično velikostjo.

Če torej rečemo, da nekaj zelo velikih integriranih vezij tehta več kot 10 kg, je to mogoče. Edino vprašanje je racionalnost uporabe tako velikega sklopa komponent.

Razvoj

Želim narediti še eno majhno odmikanje. Zgodovinsko gledano se je izkazalo, da v integriranih vezjih privlači svojo majhnost in težo. Čeprav se je postopoma pojavil razvoj, so se pojavile možnosti vse bolj natančne ureditve elementov. In ne le. S tem je vredno razumeti ne le kompaktno ureditev, ampak tudi izboljšanje ergonomskih kazalnikov, povečanje karakteristik in stopnjo zanesljivosti delovanja.

Posebno pozornost je treba nameniti kazalcem materiala in energije, ki so neposredno odvisni od površine kristala, ki se uporablja za eno komponento. V mnogih pogledih je odvisna od uporabljene snovi. Na začetku je bil uporabljen germanij za polprevodniške izdelke. Toda sčasoma ga je zamenjal silikon, ki ima privlačnejše lastnosti.

Kaj zdaj uporabljajo?

Torej, vemo, da je zelo veliko integrirano vezje tako imenovano ker vsebuje veliko komponent. Katere tehnologije se zdaj uporabljajo za njihovo ustvarjanje? Najpogosteje govorimo o globokem podmikrskem področju, ki omogoča učinkovito uporabo komponent v 0,25-0,5 mikronov in nanoelektroniko, kjer se elementi merijo v nanometrih. In prvi postopoma postane zgodovina, v drugem pa se ustvarjajo vsa velika odkritja. Tukaj je kratek seznam razvitih dogodkov:

1. Ultra-velika silicija vezja. V njih so v globokem podmikrskem območju zagotovljene minimalne dimenzije komponent.
2. Superfast heterojunction naprave in integrirana vezja. Temelji na silicija, germanija, galijevega arzenida in številnih drugih spojin.
3. Tehnologija nanosnih naprav, od katerih moramo posebej omeniti nanolitografijo.

Čeprav je tukaj in so pokazali majhen obseg, vendar ni treba, da se motijo ​​glede tega, kaj je končno super-veliko integrirano vezje. Skupne dimenzije se lahko razlikujejo v centimetrih in v nekaterih posebnih napravah celo metrov. Micrometri in nanometri so le velikost posameznih elementov (npr. Tranzistorji), njihova številka pa je ocenjena v milijardah!

Kljub takemu številu je morda, da super-veliko integrirano vezje tehta več sto gramov. Čeprav je možno, da bo tako težka, da odrasla oseba ne bo mogla dvigniti samega sebe.

Kako so ustvarjeni?

Upoštevajte sodobno tehnologijo. Torej, za izdelavo ultra čiste polprevodniške enokristalne snovi ter tehnoloških reagentov (vključno s tekočinami in plini) je potrebno:

1. Zagotovite izredno čiste proizvodne pogoje na predelovalni in transportni plošči plošč.
2. Razviti tehnološke operacije in ustvariti niz opreme, kjer bo avtomatiziran procesni nadzor. To je potrebno, da zagotovimo določeno kakovost zdravljenja in nizko stopnjo kontaminacije. Čeprav ne smemo pozabiti na visoko zmogljivost in zanesljivost ustvarjenih elektronskih komponent.

Ali je šala, ko so elementi ustvarjeni, katere velikost se izračuna v nanometrih? Žal ne more opravljati operacij, ki zahtevajo fenomenalno natančnost.

Kaj pa domači proizvajalci?

Zakaj je izjemno veliko integrirano vezje trdno povezano s tujim razvojem? V zgodnjih 50-ih letih prejšnjega stoletja je Sovjetska zveza na drugem mestu pri razvoju elektronike. Toda domači proizvajalci so izjemno težko tekmovati s tujimi podjetji. Čeprav ni vse tako slabo.

Torej, v zvezi z ustvarjanjem kompleksnih znanstveno intenzivnih izdelkov, lahko zanesljivo rečemo, da v Ruski federaciji obstajajo pogoji, osebje in znanstveni potencial. Obstaja kar nekaj podjetij in institucij, ki lahko razvijejo različne elektronske naprave. Res je, vse to obstaja v precej omejenem obsegu.

Zato je pogosto primer, ko za razvoj uporabljamo visokotehnološke "surovine", kot je VLSI pomnilnik, mikroprocesorji in krmilniki, izdelani v tujini. Toda hkrati se rešujejo določene naloge obdelave signalov in računanja s programsko opremo.

Čeprav ne smemo domnevati, da lahko izključno nabavljamo in zberemo opremo iz različnih komponent. Obstajajo tudi domače različice procesorjev, krmilnikov, super velikih integriranih vezij in drugega razvoja. Ampak, žal, ne morejo tekmovati z voditelji sveta v njihovi učinkovitosti, kar otežuje njihovo komercialno izvajanje. Ampak tukaj jih je mogoče uporabiti v domačih sistemih, kjer ni potrebe po številnih zmogljivostih ali pa je treba skrbeti za zanesljivost.

Izredno veliko integrirana vezja programabilna logika

To je ločeno opredeljena perspektivna vrsta razvoja. Ti so izven konkurence na tistih področjih, kjer je treba ustvariti visoko zmogljive specializirane naprave, usmerjene v izvajanje strojne opreme. Zaradi tega se rešuje naloga vzporednega procesa obdelave in produktivnost se poveča desetkrat (v primerjavi s programskimi rešitvami).

Dejansko imajo ta ultra-velika integrirana vezja univerzalne prilagodljive funkcionalne pretvornike, ki uporabnikom omogočajo, da prilagodijo komunikacije med njimi. In vse je na istem čipu. Posledica tega je krajši cikel ustvarjanja, gospodarski dobiček za proizvodnjo v manjšem obsegu in priložnost za spremembe v samovoljni fazi oblikovanja.

Razvoj velikih integriranih vezij programabilne logike traja nekaj mesecev. Nato so konfigurirani v najkrajšem času - in to je vse z minimalno raven stroškov. Obstajajo različni proizvajalci, arhitektura in zmožnosti izdelkov, ki jih ustvarijo, kar močno izboljša sposobnost opravljanja dodeljenih nalog.

Kateri kriteriji so razvrščeni?

Običajno se to naredi z uporabo:

1. Logična zmogljivost (stopnja integracije).
2. Organizacija notranje strukture.
3. Vrsta uporabljenega programabilnega elementa.
4. Arhitektura funkcionalnega pretvornika.
5. Prisotnost / odsotnost notranjega operativnega pomnilnika.

Vsaka točka zasluži pozornost. Ampak žal, je velikost članka omejena, zato bomo upoštevali le najpomembnejšo komponento.

Kaj je logična zmogljivost?

To je najpomembnejša značilnost ultra-velikih integriranih vezij. Število tranzistorjev v njih je lahko milijard. Toda njihova velikost je hkrati enaka nesrečnemu deležu mikrometra. Ampak zaradi redundance struktur logična zmogljivost meri v številu vrat, ki so potrebni za izvedbo naprave.

Kazalniki se za njihovo določitev uporabljajo v več sto tisoč in milijonih enot. Višja je vrednost logične zmogljivosti, širše priložnosti, ki jih lahko ponudi zelo veliko integrirano vezje.

O ciljih, ki jih zasledujemo

VLSI so bili prvotno zasnovani za stroje pete generacije. Ko so bili izdelani, so se osredotočili na pretočno arhitekturo in izvajanje inteligentnega človeškega vmesnika, kar bo omogočilo ne samo sistemsko rešitev težav, temveč tudi stroju omogočiti logično razmišljanje, učenje in pripravo logičnih zaključkov.

Predpostavljalo se je, da bo komunikacija potekala v naravnem jeziku z uporabo govorne oblike. No, na tak ali drugačen način je bilo uresničeno. Ampak še vedno je daleč od popolne nemotene izdelave idealnih super-velikih integriranih vezij. Ampak mi, človeštvo, se premikamo samozavestno pred tem. V tem primeru igra pomembno vlogo avtomatizacija oblikovanja VLSI.

Kot smo že omenili, je za to potrebno porabiti veliko človeških in časovnih virov. Zato, da bi prihranili denar, se pogosto uporablja avtomatizacija. Navsezadnje, ko je potrebno vzpostaviti povezave med milijardami komponent, bo celo na več deset tisoč ljudi trajalo nekaj let. Torej, kako lahko avtomatizacija to naredi v nekaj urah, če je določen pravilen algoritem.

Zdaj se zdi, da je nadaljnje zmanjšanje precej problematično, saj se že približujemo meji tranzistorske tehnologije. Najmanjši tranzistorji že imajo velikost več deset nanometrov. Če jih bomo zmanjšali za več sto krat, potem preprosto počivamo proti dimenzijam atoma. Nedvomno je dobro, ampak kako nadaljevati z vidika povečanja učinkovitosti elektronike? Za to morate iti na novo raven. Na primer - za ustvarjanje kvantni računalniki.

Zaključek

Izjemno velika integrirana vezja so imela pomemben vpliv na razvoj človeštva in priložnosti, ki jih imamo. Vendar je verjetno, da bodo kmalu postali zastareli in se bo nadomestilo nekaj zelo različnega.

Žal, žal, se že približujemo meji možnosti, človeštvo pa se ne uporablja za stojišče v mestu. Zato bodo verjetno izjemno velika integrirana vezja postala čast, po njih pa bodo nadomestili bolj napredni dogodki. Toda za zdaj vsi uporabljamo VLSI kot vrh obstoječe kreacije.