Računalna tehnologija se razvija iznimno brzo. Postoje novi izgledi i razvoji koji moraju zadovoljiti sve veće zahtjeve. Jedna od najzanimljivijih stvari je vrlo veliki integrirani krug. Što je? Zašto ona ima takvo ime? Znamo kako VLSI znači, ali kako to izgleda u praksi? Gdje se koriste?
Povijest razvoja
Početkom šezdesetih pojavili su se prvi poluvodički mikro krugovi. Od tada je mikroelektronika prošla dug put od jednostavnih logičkih elemenata do najsloženijih digitalnih uređaja. Moderna složena i višenamjenska računala mogu raditi na jednom poluvodičkom monokristalu, čija je površina jedan kvadratni centimetar.
Nekako sam ih trebao imatiklasificirati i razlikovati. Vrlo veliki integrirani sklop (VLSI) nazvan je tako jer je postojala potreba za označavanjem mikrosklopa, u kojem je stupanj integracije prelazio 104 elementa po čipu. Dogodilo se to krajem sedamdesetih. U roku od nekoliko godina postalo je jasno da je to opći smjer mikroelektronike.
Dakle, vrlo veliki integrirani krug je tako nazvan jer je bilo potrebno klasificirati sva dostignuća na ovom području. U početku je mikroelektronika bila izgrađena na montažnim operacijama i bila je angažirana na implementaciji složenih funkcija kombinirajući mnoge elemente u jednu stvar.
I što onda?
U početku je značajan dio povećanja cijene proizvedenih proizvoda bio upravo u procesu montaže. Glavne faze kroz koje je svaki proizvod morao proći su projektiranje, implementacija i provjera veza između komponenti. Funkcije, kao i dimenzije uređaja koji su implementirani u praksi, ograničeni su isključivo brojem korištenih komponenti, njihovom pouzdanošću i fizičkim dimenzijama.
Pa ako kažu da neki vrlo veliki integrirani krug teži više od 10 kg, sasvim je moguće. Jedino je pitanje racionalnost korištenja tako velikog bloka komponenti.
Razvoj
Želio bih napraviti još jednu malu digresiju. Povijesno gledano, integrirani krugovi su bili privučeni svojom malom veličinom i težinom. Iako postupno, s razvojem, postojale su prilike za sve bližepostavljanje elemenata. I ne samo. Ovo treba shvatiti ne samo kao kompaktan smještaj, već i kao poboljšanje ergonomskih pokazatelja, povećanje performansi i razine operativne pouzdanosti.
Posebnu pozornost treba posvetiti materijalnim i energetskim pokazateljima, koji izravno ovise o površini kristala koji se koristi po komponenti. To je uvelike ovisilo o korištenoj tvari. U početku se germanij koristio za poluvodičke proizvode. Ali s vremenom ga je zamijenio silicij, koji ima privlačnije karakteristike.
Što se sada koristi?
Dakle, znamo da je vrlo veliki integrirani krug nazvan tako jer sadrži mnogo komponenti. Koje se tehnologije trenutno koriste za njihovu izradu? Najčešće govore o dubokom submikronskom području, što omogućuje postizanje učinkovite upotrebe komponenti u 0,25-0,5 mikrona, i nanoelektronici, gdje se elementi mjere u nanometrima. Štoviše, prvi postupno postaje povijest, a u drugom dolazi do sve više i više otkrića. Evo kratkog popisa razvoja koji se stvaraju:
- Ultra-veliki silikonski krugovi. Imaju minimalne veličine komponenti u dubokom submikronskom području.
- Brzi heterospojni uređaji i integrirani krugovi. Građeni su na bazi silicija, germanija, galij arsenida, kao i niza drugih spojeva.
- Tehnologija uređaja nanomjera, od kojih nanolitografiju treba spomenuti zasebno.
Iako su male veličine ovdje naznačene, ne treba griješiti koja jevrhunski ultra-veliki integrirani krug. Njegove ukupne dimenzije mogu varirati u centimetrima, au nekim specifičnim uređajima čak i u metrima. Mikrometri i nanometri su samo veličine pojedinačnih elemenata (kao što su tranzistori), a njihov broj može biti u milijardama!
Unatoč takvom broju, može se dogoditi da integrirani krug ultra velikih razmjera teži nekoliko stotina grama. Iako je moguće da će biti toliko težak da ga ni odrasla osoba ne može sama podići.
Kako nastaju?
Razmotrimo modernu tehnologiju. Dakle, za stvaranje ultra čistih poluvodičkih monokristalnih materijala, kao i tehnoloških reagensa (uključujući tekućine i plinove), trebate:
- Osigurajte ultra čiste radne uvjete u području obrade i transporta vafla.
- Razvijati tehnološke operacije i kreirati set opreme, gdje će biti automatizirana kontrola procesa. To je potrebno kako bi se osigurala određena kvaliteta obrade i niske razine onečišćenja. Iako ne treba zaboraviti na visoke performanse i pouzdanost stvorenih elektroničkih komponenti.
Je li šala kada se stvaraju elementi čija se veličina izračunava u nanometrima? Jao, nemoguće je da osoba izvodi operacije koje zahtijevaju fenomenalnu točnost.
Što je s domaćim proizvođačima?
ZaštoJe li ultra-veliki integrirani krug snažno povezan sa inozemnim razvojem? Početkom 50-ih godina prošlog stoljeća SSSR je zauzeo drugo mjesto u razvoju elektronike. No, sada je domaćim proizvođačima iznimno teško konkurirati stranim tvrtkama. Ipak nije sve loše.
Dakle, u pogledu stvaranja složenih znanstveno intenzivnih proizvoda, možemo sa sigurnošću reći da Ruska Federacija sada ima uvjete, kadrove i znanstveni potencijal. Postoji dosta poduzeća i institucija koje mogu razviti razne elektroničke uređaje. Istina, sve to postoji u prilično ograničenom obimu.
Dakle, čest je slučaj kada se za razvoj koriste visokotehnološke "sirovine", poput VLSI memorije, mikroprocesora i kontrolera koji su proizvedeni u inozemstvu. Ali u isto vrijeme, određeni problemi obrade signala i proračuna rješavaju se programski.
Iako ne treba pretpostaviti da opremu možemo isključivo kupovati i sastavljati od raznih komponenti. Postoje i domaće inačice procesora, kontrolera, ultra velikih integriranih krugova i drugih razvoja. Ali, nažalost, ne mogu konkurirati svjetskim liderima po svojoj učinkovitosti, što otežava njihovu komercijalnu implementaciju. Ali njihova upotreba u domaćim sustavima gdje vam ne treba puno energije ili trebate voditi računa o pouzdanosti sasvim je moguća.
PLC-ovi za programabilnu logiku
Ovo je posebno dodijeljena obećavajuća vrsta razvoja. Izvan konkurencije su u onim područjima gdje trebate stvaratispecijalizirani uređaji visokih performansi usmjereni na implementaciju hardvera. Zahvaljujući tome, riješen je zadatak paraleliziranja procesa obrade, a performanse se povećavaju deset puta (u usporedbi sa softverskim rješenjima).
U osnovi, ovi integrirani krugovi ultra velikih razmjera imaju svestrane, konfigurabilne pretvarače funkcija koji korisnicima omogućuju prilagodbu veza između njih. I sve je to na jednom kristalu. Rezultat je kraći ciklus izrade, ekonomska korist za malu proizvodnju i mogućnost izmjena u bilo kojoj fazi dizajna.
Razvoj programabilnih logičkih ultra-velikih integriranih sklopova traje nekoliko mjeseci. Nakon toga se konfiguriraju u najkraćem mogućem roku - i sve to uz minimalnu razinu troškova. Postoje različiti proizvođači, arhitekture i mogućnosti proizvoda koje stvaraju, što uvelike povećava sposobnost izvršavanja zadataka.
Kako su klasificirani?
Uobičajeno se koristi za ovo:
- Logički kapacitet (stupanj integracije).
- Organizacija interne strukture.
- Vrsta korištene programabilne stavke.
- Arhitektura pretvarača funkcija.
- Prisutnost/odsutnost internog RAM-a.
Svaka stavka zaslužuje pažnju. Ali nažalost, veličina članka je ograničena, pa ćemo razmotriti samo najvažniju komponentu.
Što jestlogički kapacitet?
Ovo je najvažnija značajka za integrirane krugove vrlo velikih razmjera. Broj tranzistora u njima može biti u milijardama. Ali u isto vrijeme, njihova je veličina jednaka mizernom djeliću mikrometra. Ali zbog redundancije struktura, logički kapacitet se mjeri brojem vrata koja su potrebna za implementaciju uređaja.
Za njihovo označavanje koriste se pokazatelji stotina tisuća i milijuna jedinica. Što je veća vrijednost logičkog kapaciteta, to nam može ponuditi više mogućnosti integrirani krug ultra velikih razmjera.
O ciljevima kojima se teži
VLSI je izvorno stvoren za strojeve pete generacije. U izradi su se vodili streaming arhitekturom i implementacijom inteligentnog sučelja čovjek-stroj, koje ne samo da će pružiti sustavno rješavanje problema, već će Maši pružiti priliku da logično razmišlja, samouči i logično crta. zaključci.
Pretpostavljalo se da će se komunikacija odvijati na prirodnom jeziku koristeći govornu formu. Pa, na ovaj ili onaj način to je provedeno. No, još uvijek je daleko od potpunog stvaranja idealnih ultra velikih integriranih sklopova bez problema. Ali mi, čovječanstvo, idemo naprijed s povjerenjem. Automatizacija VLSI dizajna igra veliku ulogu u tome.
Kao što je već spomenuto, ovo zahtijeva mnogo ljudskih i vremenskih resursa. Stoga se za uštedu novca naširoko koristi automatizacija. Uostalom, kada je potrebno uspostaviti veze između milijardikomponente, čak će i tim od nekoliko desetaka ljudi na tome provesti godine. Dok automatizacija to može učiniti za nekoliko sati, ako se postavi ispravan algoritam.
Daljnje smanjenje sada izgleda problematično, jer se već približavamo granici tranzistorske tehnologije. Već sada su najmanji tranzistori veličine samo nekoliko desetaka nanometara. Ako ih smanjimo za nekoliko stotina puta, onda ćemo jednostavno naletjeti na dimenzije atoma. Bez sumnje, to je dobro, ali kako ići naprijed u smislu povećanja učinkovitosti elektronike? Da biste to učinili, morate prijeći na novu razinu. Na primjer, za stvaranje kvantnih računala.
Zaključak
Integrirani sklopovi ultra velikih razmjera imali su značajan utjecaj na razvoj čovječanstva i mogućnosti koje imamo. No vrlo je vjerojatno da će uskoro zastarjeti i da će ih zamijeniti nešto sasvim drugo.
Na kraju krajeva, nažalost, već se približavamo granici mogućnosti, a čovječanstvo nije naviklo stajati na mjestu. Stoga je vjerojatno da će ultra-veliki integrirani krugovi dobiti dužne počasti, nakon čega će ih zamijeniti napredniji dizajni. Ali za sada, svi koristimo VLSI kao vrhunac postojeće kreacije.
