Tehnologia computerelor se dezvoltă extrem de rapid. Există noi machete și dezvoltări care trebuie să îndeplinească cerințe din ce în ce mai mari. Unul dintre cele mai interesante lucruri este circuitul integrat foarte mare. Ce este? De ce are ea un astfel de nume? Știm cum înseamnă VLSI, dar cum arată în practică? Unde sunt folosite?
Istoricul dezvoltării
La începutul anilor şaizeci, au apărut primele microcircuite semiconductoare. De atunci, microelectronica a parcurs un drum lung de la simple elemente logice la cele mai complexe dispozitive digitale. Calculatoarele moderne complexe și multifuncționale pot funcționa pe un singur cristal semiconductor, a cărui suprafață este de un centimetru pătrat.
Ar fi trebuit să le aibă cumvaclasifică și distinge. Circuitul integrat foarte mare (VLSI) este numit astfel deoarece a fost nevoie de desemnarea unui microcircuit, în care gradul de integrare a depășit 104 elemente per cip. S-a întâmplat la sfârșitul anilor șaptezeci. În câțiva ani, a devenit clar că aceasta era direcția generală pentru microelectronică.
Așadar, circuitul integrat foarte mare este numit așa pentru că a fost necesar să se clasifice toate realizările în acest domeniu. Inițial, microelectronica a fost construită pe operațiuni de asamblare și a fost angajată în implementarea de funcții complexe prin combinarea mai multor elemente într-un singur lucru.
Și apoi ce?
Inițial, o parte semnificativă a creșterii costului produselor fabricate a fost tocmai în procesul de asamblare. Principalele etape prin care a trebuit să treacă fiecare produs sunt proiectarea, implementarea și verificarea conexiunilor dintre componente. Funcțiile, precum și dimensiunile dispozitivelor care au fost implementate în practică, sunt limitate doar de numărul de componente utilizate, fiabilitatea și dimensiunile fizice ale acestora.
Deci, dacă se spune că un circuit integrat foarte mare cântărește mai mult de 10 kg, este foarte posibil. Singura întrebare este raționalitatea utilizării unui bloc atât de mare de componente.
Dezvoltare
Aș dori să mai fac o mică digresiune. Din punct de vedere istoric, circuitele integrate au fost atrase de dimensiunea și greutatea lor mică. Deși treptat, odată cu dezvoltarea, au existat oportunități pentru tot mai aproapeamplasarea elementelor. Și nu numai. Acest lucru ar trebui înțeles nu numai ca o amplasare compactă, ci și ca o îmbunătățire a indicatorilor ergonomici, o creștere a performanței și un nivel de fiabilitate operațională.
O atenție deosebită trebuie acordată indicatorilor de materiale și energie, care depind direct de suprafața cristalului utilizată pe componentă. Acest lucru depindea în mare măsură de substanța utilizată. Inițial, germaniul a fost folosit pentru produse semiconductoare. Dar, de-a lungul timpului, a fost înlocuit de siliciu, care are caracteristici mai atractive.
Ce se folosește acum?
Deci știm că circuitul integrat foarte mare este numit așa deoarece conține multe componente. Ce tehnologii sunt folosite în prezent pentru a le crea? Cel mai adesea ei vorbesc despre regiunea submicronica profundă, care face posibilă utilizarea eficientă a componentelor în 0,25-0,5 microni și nanoelectronică, unde elementele sunt măsurate în nanometri. Mai mult, prima devine treptat istorie, iar în a doua se fac tot mai multe descoperiri. Iată o listă scurtă de dezvoltări care sunt create:
- Circuite cu siliciu ultra-mari. Au dimensiuni minime ale componentelor în regiunea submicroanică adâncă.
- Dispozitive de heterojoncție de mare viteză și circuite integrate. Sunt construite pe baza de siliciu, germaniu, arseniură de galiu, precum și o serie de alți compuși.
- Tehnologia dispozitivelor la scară nanometrică, dintre care nanolitografia trebuie menționată separat.
Deși aici sunt indicate dimensiunile mici, dar nu trebuie să ne înșeli cu privire la care estecircuit integrat extrem de mare. Dimensiunile sale totale pot varia în centimetri, iar în unele dispozitive specifice chiar și metri. Micrometrele și nanometrii au doar dimensiunea elementelor individuale (cum ar fi tranzistoarele), iar numărul lor poate fi de miliarde!
În ciuda unui astfel de număr, este posibil ca un circuit integrat la scară foarte mare să cântărească câteva sute de grame. Deși este posibil să fie atât de greu încât nici măcar un adult să nu îl poată ridica singur.
Cum sunt create?
Să luăm în considerare tehnologia modernă. Așadar, pentru a crea materiale semiconductoare ultra-pure monocristaline, precum și reactivi tehnologici (inclusiv lichide și gaze), aveți nevoie de:
- Asigurați condiții de lucru ultra-curate în zona de prelucrare și transport a napolitanelor.
- Dezvoltați operațiuni tehnologice și creați un set de echipamente, unde va exista controlul automatizat al procesului. Acest lucru este necesar pentru a asigura calitatea specificată a prelucrării și niveluri scăzute de contaminare. Deși nu trebuie să uităm de performanța ridicată și fiabilitatea componentelor electronice create.
Este o glumă când sunt create elemente, a căror dimensiune este calculată în nanometri? Din păcate, este imposibil ca o persoană să efectueze operațiuni care necesită o acuratețe fenomenală.
Dar producătorii autohtoni?
De ceCircuitul integrat ultra-mare este puternic asociat cu evoluțiile străine? La începutul anilor 50 ai secolului trecut, URSS a ocupat locul doi în dezvoltarea electronicii. Dar acum este extrem de dificil pentru producătorii autohtoni să concureze cu companiile străine. Totuși, nu este deloc rău.
Astfel, în ceea ce privește crearea de produse complexe de știință intensivă, putem spune cu încredere că Federația Rusă are acum condițiile, personalul și potențialul științific. Există destul de multe întreprinderi și instituții care pot dezvolta diverse dispozitive electronice. Adevărat, toate acestea există într-un volum destul de limitat.
Așadar, este adesea cazul când „materii prime” de în altă tehnologie sunt folosite pentru dezvoltare, cum ar fi memoria VLSI, microprocesoare și controlere care au fost fabricate în străinătate. Dar, în același timp, anumite probleme de procesare a semnalului și calcule sunt rezolvate programatic.
Deși nu trebuie să presupunem că putem achiziționa și asambla exclusiv echipamente din diverse componente. Există, de asemenea, versiuni interne de procesoare, controlere, circuite integrate la scară foarte mare și alte dezvoltări. Dar, din păcate, nu pot concura cu liderii lumii în ceea ce privește eficiența, ceea ce face dificilă implementarea lor comercială. Dar folosirea lor în sistemele casnice în care nu aveți nevoie de multă putere sau trebuie să aveți grijă de fiabilitate este foarte posibilă.
PLC-uri pentru logica programabilă
Acesta este un tip de dezvoltare promițător alocat separat. Sunt în afara concurenței în acele domenii în care trebuie să creațidispozitive specializate de în altă performanță axate pe implementarea hardware. Datorită acestui lucru, sarcina paralelizării procesului de procesare este rezolvată și performanța crește de zece ori (în comparație cu soluțiile software).
În esență, aceste circuite integrate la scară foarte mare au convertoare de funcții versatile, configurabile, care permit utilizatorilor să personalizeze conexiunile dintre ele. Și totul este pe un singur cristal. Rezultatul este un ciclu de construcție mai scurt, un beneficiu economic pentru producția la scară mică și capacitatea de a face modificări în orice etapă a proiectării.
Dezvoltarea circuitelor integrate ultra-mari cu logica programabilă durează câteva luni. După aceea, acestea sunt configurate în cel mai scurt timp posibil - și toate acestea la un nivel minim de costuri. Există diferiți producători, arhitecturi și capabilități ale produselor pe care le creează, ceea ce mărește foarte mult capacitatea de a îndeplini sarcini.
Cum sunt clasificate?
De obicei folosit pentru aceasta:
- Capacitate logică (grad de integrare).
- Organizarea structurii interne.
- Tip de element programabil utilizat.
- Arhitectura convertorului de funcții.
- Prezența/absența memoriei RAM interne.
Fiecare articol merită atenție. Dar, din păcate, dimensiunea articolului este limitată, așa că vom lua în considerare doar cea mai importantă componentă.
Ce estecapacitate logică?
Aceasta este cea mai importantă caracteristică pentru circuitele integrate la scară foarte mare. Numărul de tranzistori din ele poate fi de miliarde. Dar, în același timp, dimensiunea lor este egală cu o fracțiune mizerabilă de micrometru. Dar, din cauza redundanței structurilor, capacitatea logică este măsurată în numărul de porți necesare implementării dispozitivului.
Pentru a le desemna, se folosesc indicatori de sute de mii și milioane de unități. Cu cât valoarea capacității logice este mai mare, cu atât mai multe oportunități ne poate oferi un circuit integrat la scară foarte mare.
Despre obiectivele urmărite
VLSI a fost creat inițial pentru mașinile de generația a cincea. În fabricarea lor, aceștia au fost ghidați de o arhitectură de streaming și de implementarea unei interfețe inteligente om-mașină, care nu numai că va oferi o soluție sistematică la probleme, dar va oferi și Masha posibilitatea de a gândi logic, de a învăța de sine și de a desena logic. concluzii.
S-a presupus că comunicarea se va desfășura în limbaj natural folosind o formă de vorbire. Ei bine, într-un fel sau altul a fost implementat. Dar totuși, este încă departe de crearea cu drepturi depline și fără probleme a circuitelor integrate ultra-mari ideale. Dar noi, omenirea, mergem înainte cu încredere. Automatizarea designului VLSI joacă un rol important în acest sens.
După cum sa menționat anterior, acest lucru necesită o mulțime de resurse umane și de timp. Prin urmare, pentru a economisi bani, automatizarea este utilizată pe scară largă. La urma urmei, când este necesar să se stabilească conexiuni între miliardecomponente, chiar și o echipă de câteva zeci de oameni va petrece ani de zile pe el. În timp ce automatizarea poate face acest lucru în câteva ore, dacă este aplicat algoritmul corect.
Reducerea ulterioară pare problematică acum, deoarece deja ne apropiem de limita tehnologiei tranzistorilor. Deja, cei mai mici tranzistori au o dimensiune de doar câteva zeci de nanometri. Dacă le reducem de câteva sute de ori, atunci pur și simplu vom întâlni dimensiunile atomului. Fără îndoială, acest lucru este bine, dar cum să avansezi în ceea ce privește creșterea eficienței electronicii? Pentru a face acest lucru, trebuie să treci la un nou nivel. De exemplu, pentru a crea computere cuantice.
Concluzie
Circuitele integrate la scară ultra-largă au avut un impact semnificativ asupra dezvoltării umanității și a posibilităților pe care le avem. Dar este posibil ca acestea să devină în curând învechite și să le înlocuiască ceva complet diferit.
La urma urmei, vai, deja ne apropiem de limita posibilităților, iar umanitatea nu este obișnuită să stea pe loc. Prin urmare, este probabil ca circuitele integrate ultra-mari să primească onorurile cuvenite, după care vor fi înlocuite cu modele mai avansate. Dar, deocamdată, cu toții folosim VLSI ca culme al creației existente.
