Circuitul integrat supercomplet (VLSI) este denumit astfel deoarece ... Circuit integrat ultra-mare: dimensiuni, greutate și descriere

Tehnologia informatică se dezvoltă extrem de repede. Există toate noutățile și dezvoltările noi care ar trebui să răspundă unor cerințe tot mai mari. Unul dintre momentele cele mai interesante este un circuit integrat extrem de mare. Ce este? De ce are un astfel de nume? Știm cum să decodăm VLSI, dar ce reprezintă în practică? Unde sunt folosite?

Istoria dezvoltării

La începutul anilor șaizeci, au apărut primele cipuri semiconductoare. De atunci, microelectronica a parcurs un drum lung de la elemente logice simple la cele mai sofisticate dispozitive digitale. Computerele complexe complexe și multifuncționale pot lucra pe un singur singur cristal semiconductor, a cărui suprafață este de un centimetru pătrat.

Era necesar să le clasificăm cumva și să le distingem. Circuitul integrat superintegrau (VLSI) este denumit astfel deoarece a devenit necesar să se desemneze un microcircuit, pentru care gradul de integrare depășea 104 elemente pe cristal. Sa întâmplat la sfârșitul anilor șaptezeci. În câțiva ani a devenit clar că aceasta este direcția generală pentru microelectronică.

Deci, circuitul foarte mare integrat este numit așa pentru că a fost necesar să se clasifice toate realizările din acest domeniu. Inițial, microelectronica a fost construită pe operațiunile de asamblare și sa angajat în implementarea unor funcții complexe care combină multe elemente într-un singur lucru.

Și apoi ce?

Inițial, o parte semnificativă a creșterii costului produselor fabricate a fost în proces de asamblare. Principalele etape pe care fiecare produs trebuia să treacă este proiectarea, executarea și testarea conexiunilor dintre componente. Funcțiile, precum și dimensiunile dispozitivelor, care au fost puse în aplicare în practică, sunt limitate numai de numărul de componente utilizate, de fiabilitatea și dimensiunea lor fizică.

Prin urmare, dacă spun că un circuit integrat super-mare cântărește mai mult de 10 kg, este foarte posibil. Singura întrebare este raționalitatea utilizării unui astfel de bloc mare de componente.

dezvoltare

Vreau să fac o altă diminuare. Din punct de vedere istoric, sa dovedit că circuitele integrate au atras dimensiunea și greutatea lor redusă. Deși treptat, odată cu apariția dezvoltării, au apărut posibilitățile unei aranjamente din ce în ce mai strânse a elementelor. Și nu numai. Prin aceasta merită să înțelegem nu numai un aranjament compact, ci și îmbunătățirea indicatorilor ergonomici, creșterea caracteristicilor și a nivelului de fiabilitate a funcționării.

O atenție deosebită ar trebui acordată indicatorilor materiale și energetici care depind direct de suprafața cristalului utilizat pentru fiecare componentă. În multe privințe, depinde de substanța utilizată. Inițial, germaniul a fost utilizat pentru produsele semiconductoare. Dar în timp a fost înlocuit cu siliciu, care are caracteristici mai atractive.

Ce folosesc acum?

Deci, știm că un circuit integrat la scară largă este denumit astfel deoarece conține multe componente. Ce tehnologii sunt folosite acum pentru a le crea? Cel mai adesea vorbim despre o zonă submicronă adâncă, care permite utilizarea efectivă a componentelor în 0,25-0,5 microni și nanoelectronica, unde elementele sunt măsurate în nanometri. Și prima devine treptat istorie, iar în al doilea, toate descoperirile sunt făcute. Iată o scurtă listă a dezvoltărilor care sunt create:

1. Circuite siliconice foarte mari. În ele, în zona submicronă adâncă, sunt prevăzute dimensiunile minime ale componentelor.
2. Dispozitive de heterojuncțiune super-rapide și circuite integrate. Ele se bazează pe siliciu, germaniu, arsenid de galiu, precum și o serie de alți compuși.
3. Tehnologia dispozitivelor nanometrice, din care ar trebui să menționăm separat nanolitografia.

Deși aici și a indicat o dimensiune mică, dar nu trebuie să fie confundat cu privire la ceea ce este ultima super-mare circuit integrat. Dimensiunile globale ale acestuia pot varia în centimetri, iar în anumite dispozitive chiar și de metri. Micrometrele și nanometrele sunt doar dimensiunile elementelor individuale (de exemplu, tranzistori), iar numărul lor poate fi estimat în miliarde!

În ciuda unui astfel de număr, este posibil ca circuitul integrat super-mare să cântărească câteva sute de grame. Deși este posibil ca acesta să fie atât de greu încât nici un adult să nu-l poată ridica pe cont propriu.

Cum sunt create?

Luați în considerare tehnologia modernă. Deci, pentru a crea materiale de cristal cu un singur cristal ultra-pur, precum și reactivi tehnologici (inclusiv lichide și gaze) este necesar:

1. Asigurați condiții de producție ultra-curate în zona de prelucrare și transport a plăcilor.
2. Dezvoltați operațiunile tehnologice și creați un set de echipamente, unde va exista un control automatizat al proceselor. Acest lucru este necesar pentru a asigura o anumită calitate a tratamentului și un nivel scăzut de contaminare. Deși nu trebuie să uităm de performanța și fiabilitatea ridicată a componentelor electronice generate.

Este o glumă atunci când sunt create elemente ale căror dimensiuni sunt calculate în nanometri? Omul, din păcate, nu poate efectua operațiuni care necesită precizie fenomenală.

Cum rămâne cu producătorii autohtoni?

De ce este circuitul integrat extrem de mare asociat cu evoluțiile străine? La începutul anilor 50 ai secolului trecut, URSS a ocupat locul al doilea în dezvoltarea electronicii. Dar acum producătorii interni sunt extrem de dificil de a concura cu companii străine. Deși nu este atât de rău.

Deci, în ceea ce privește crearea de produse științifice complexe complexe, se poate spune cu încredere că în Federația Rusă există condiții, personal și potențial științific. Există destul de puține întreprinderi și instituții care pot dezvolta diverse dispozitive electronice. Adevărat, toate acestea există într-o cantitate destul de limitată.

Deci, adesea în cazul în care pentru dezvoltare se utilizează "materii prime" de înaltă tehnologie, precum memoria VLSI, microprocesoarele și controlorii care au fost fabricate în străinătate. Dar, în același timp, sunt rezolvate anumite sarcini de prelucrare a semnalului și de calcul prin software.

Deși nu se poate presupune că putem achiziționa și colecta exclusiv echipamente de la diverse componente. Există, de asemenea, variante interne de procesoare, controlori, circuite integrate super-mari și alte dezvoltări. Dar, din păcate, nu pot concura cu liderii lumii în eficiența lor, ceea ce face dificilă punerea lor în aplicare comercială. Dar aici este foarte posibil să le folosim în sistemele naționale unde nu este nevoie de multe capacități sau este necesar să se aibă grijă de fiabilitate.

Extra mare circuite integrate programabilă

Acesta este un tip de dezvoltare de perspectivă identificat separat. Acestea sunt dincolo de concurență în acele domenii în care este necesar să se creeze dispozitive specializate de înaltă performanță orientate spre implementarea hardware. Din acest motiv, sarcina de paralelizare a procesului de procesare este rezolvată și productivitatea este mărită de zeci de ori (în comparație cu soluțiile software).

De fapt, aceste circuite integrate ultra-mari au convertoare funcționale universale personalizabile, care permit utilizatorilor să personalizeze comunicațiile între ele. Și totul este pe același chip. Ca rezultat, un ciclu de creație mai scurt, un câștig economic pentru producția la scară mică și posibilitatea de a face schimbări într-un stadiu arbitrar de proiectare.

Dezvoltarea circuitelor integrate la scară largă a logicii programabile durează câteva luni. După aceea, acestea sunt configurate în cel mai scurt timp - și toate acestea au un nivel minim de costuri. Există diverși producători, arhitectura și capabilitățile produselor pe care le creează, ceea ce îmbunătățește foarte mult capacitatea de a îndeplini sarcinile atribuite.

Prin ce criterii sunt clasificate?

De obicei, acest lucru se face folosind:

1. Capacitatea logică (grad de integrare).
2. Organizarea structurii interne.
3. Tipul elementului programabil aplicat.
4. Arhitectura convertorului funcțional.
5. Prezența / absența memoriei interne operaționale.

Fiecare articol merită atenție. Dar, din păcate, dimensiunea articolului este limitată, deci vom lua în considerare doar cea mai importantă componentă.

Care este capacitatea logică?

Aceasta este cea mai importantă caracteristică pentru circuitele integrate ultra-mari. Numărul de tranzistori în ele poate fi de miliarde. În același timp, dimensiunea lor este egală cu fracțiunea mizerabilă a micrometrului. Dar datorită redundanței structurilor, capacitatea logică este măsurată în numărul de porți care este necesar pentru implementarea dispozitivului.

Pentru desemnarea lor, indicatorii sunt utilizați în sute de mii și milioane de unități. Cu cât este mai mare valoarea capacității logice, cu atât avem mai multe oportunități pe care le putem oferi un circuit integrat foarte mare.

Despre obiectivele urmărite

VLSI-urile au fost concepute inițial pentru mașini de generația a cincea. La fabricație lor axat pe arhitectura de streaming și punerea în aplicare a interfeței inteligente om-mașină, care va oferi nu numai o soluție sistem de probleme, dar, de asemenea, oferă o oportunitate de a gândi logic mache, educe ei înșiși și face deducții.

Sa presupus că comunicarea se va desfășura într-o limbă naturală folosind o formă de vorbire. Ei bine, într-un fel sau altul a fost realizat. Dar este încă departe de crearea fără probleme a unor circuite integrate super-mari ideale. Dar noi, omenirea, ne mișcăm cu încredere înainte de asta. Automatizarea designului VLSI joacă un rol important în acest sens.

Așa cum am menționat deja, pentru aceasta este necesar să cheltuiți o mulțime de resurse umane și de timp. Prin urmare, pentru a economisi bani, automatizarea este folosită pe scară largă. La urma urmei, atunci când este necesar să se stabilească legături între miliarde de componente, chiar și o echipă de câteva zeci de oameni va petrece ani de zile pe ea. Atunci, cum poate automatizarea să facă acest lucru într-o oarecare măsură de ore, dacă este stabilit algoritmul corect.

Acum, o reducere suplimentară pare destul de problematică, deoarece ne apropiem deja de limita tehnologiei tranzistorului. Deja, cele mai mici tranzistoare au o dimensiune de câteva zeci de nanometri. Dacă le reducem cu câteva sute de ori, atunci ne oprim doar de dimensiunile atomului. Fără îndoială, este bine, dar cum să avansezi mai mult în ceea ce privește creșterea eficienței electronicii? Pentru a face acest lucru, trebuie să mergeți la un nou nivel. De exemplu - pentru a crea cu calculatoarele cuantice.

concluzie

Circuitele integrate foarte mari au avut un impact semnificativ asupra dezvoltării omenirii și asupra oportunităților pe care le avem. Dar este foarte probabil ca, în curând, să devină caduce și să fie înlocuite cu ceva foarte diferit.

Din păcate, deja ne apropiem de limita posibilităților, dar omenirea nu este obișnuită să stea în picioare. Prin urmare, circuitele integrate super-mari vor fi onorate, după care vor fi înlocuite cu evoluții mai avansate. Dar, pentru moment, folosim cu toții VLSI ca vârful unei creații existente.