Computertechnologie ontwikkelt zich razendsnel. Er zijn nieuwe inrichtingen en ontwikkelingen die aan steeds hogere eisen moeten voldoen. Een van de meest interessante dingen is de zeer grote geïntegreerde schakeling. Wat het is? Waarom heeft ze zo'n naam? We weten waar VLSI voor staat, maar hoe ziet het er in de praktijk uit? Waar worden ze gebruikt?
Ontwikkelingsgeschiedenis
In het begin van de jaren zestig verschenen de eerste halfgeleider-microschakelingen. Sindsdien heeft micro-elektronica een lange weg afgelegd van eenvoudige logische elementen tot de meest complexe digitale apparaten. Moderne complexe en multifunctionele computers kunnen werken op één enkel halfgeleiderkristal, waarvan de oppervlakte één vierkante centimeter is.
Had ze op de een of andere manier moeten hebbenclassificeren en onderscheiden. Very Large Integrated Circuit (VLSI) wordt zo genoemd omdat er behoefte was aan het aanwijzen van een microcircuit, waarin de mate van integratie meer dan 104 elementen per chip bedroeg. Het gebeurde eind jaren zeventig. Binnen een paar jaar werd duidelijk dat dit de algemene richting was voor micro-elektronica.
Dus, de zeer grote geïntegreerde schakeling wordt zo genoemd omdat het nodig was om alle prestaties op dit gebied te classificeren. Aanvankelijk was micro-elektronica gebouwd op assemblageactiviteiten en hield het zich bezig met de implementatie van complexe functies door veel elementen in één ding te combineren.
En dan?
Aanvankelijk zat een aanzienlijk deel van de stijging van de kosten van gefabriceerde producten juist in het assemblageproces. De belangrijkste fasen die elk product moest doorlopen, zijn het ontwerp, de implementatie en de verificatie van verbindingen tussen componenten. De functies, evenals de afmetingen van de apparaten die in de praktijk zijn geïmplementeerd, worden uitsluitend beperkt door het aantal gebruikte componenten, hun betrouwbaarheid en fysieke afmetingen.
Dus als ze zeggen dat een zeer grote geïntegreerde schakeling meer dan 10 kg weegt, is dat heel goed mogelijk. De enige vraag is de rationaliteit van het gebruik van zo'n groot blok componenten.
Ontwikkeling
Ik wil nog een kleine uitweiding maken. Historisch gezien zijn geïntegreerde schakelingen aangetrokken door hun kleine formaat en gewicht. Hoewel geleidelijk, met de ontwikkeling, waren er kansen voor steeds dichterbijplaatsing van elementen. En niet alleen. Dit moet niet alleen worden begrepen als een compacte plaatsing, maar ook als een verbetering van ergonomische indicatoren, een toename van de prestaties en een niveau van operationele betrouwbaarheid.
Er moet speciale aandacht worden besteed aan materiaal- en energie-indicatoren, die direct afhankelijk zijn van het kristaloppervlak dat per component wordt gebruikt. Dit was grotendeels afhankelijk van de gebruikte stof. Aanvankelijk werd germanium gebruikt voor halfgeleiderproducten. Maar na verloop van tijd werd het verdrongen door silicium, dat aantrekkelijkere eigenschappen heeft.
Wat wordt er nu gebruikt?
Dus we weten dat het zeer grote geïntegreerde circuit zo wordt genoemd omdat het veel componenten bevat. Welke technologieën worden momenteel gebruikt om ze te maken? Meestal praten ze over het diepe submicron-gebied, dat het mogelijk maakt om het effectieve gebruik van componenten in 0,25-0,5 micron te bereiken, en nano-elektronica, waar elementen worden gemeten in nanometers. Bovendien wordt het eerste stilaan geschiedenis en in het tweede worden steeds meer ontdekkingen gedaan. Hier is een korte lijst van ontwikkelingen die worden gemaakt:
- Ultragrote siliciumcircuits. Ze hebben minimale componentafmetingen in het diepe submicrongebied.
- Hogesnelheid heterojunctie-apparaten en geïntegreerde schakelingen. Ze zijn gebouwd op basis van silicium, germanium, galliumarsenide en een aantal andere verbindingen.
- Technologie van apparaten op nanoschaal, waarvan nanolithografie apart vermeld moet worden.
Hoewel hier kleine maten worden aangegeven, hoeft u zich niet te vergissen over welke maat dat isultieme ultragrote geïntegreerde schakeling. De totale afmetingen kunnen variëren in centimeters en bij sommige specifieke apparaten zelfs meters. Micrometers en nanometers zijn net zo groot als afzonderlijke elementen (zoals transistors), en hun aantal kan in de miljarden lopen!
Ondanks zo'n aantal, kan het zijn dat een ultragrootschalig geïntegreerd circuit enkele honderden grammen weegt. Hoewel het mogelijk is dat het zo zwaar zal zijn dat zelfs een volwassene het niet alleen kan optillen.
Hoe worden ze gemaakt?
Laten we eens kijken naar moderne technologie. Dus om ultrazuivere halfgeleider-eenkristalmaterialen te maken, evenals technologische reagentia (inclusief vloeistoffen en gassen), hebt u het volgende nodig:
- Zorg voor ultraschone werkomstandigheden in het wafelverwerkings- en transportgebied.
- Ontwikkel technologische operaties en creëer een set apparatuur, waar er geautomatiseerde procescontrole zal zijn. Dit is nodig om de gespecificeerde kwaliteit van de verwerking en lage verontreinigingsniveaus te waarborgen. Hoewel we de hoge prestaties en betrouwbaarheid van de gemaakte elektronische componenten niet mogen vergeten.
Is het een grap wanneer elementen worden gemaakt waarvan de grootte wordt berekend in nanometers? Helaas is het voor een persoon onmogelijk om handelingen uit te voeren die een fenomenale nauwkeurigheid vereisen.
Hoe zit het met binnenlandse producenten?
WaaromWordt de ultragrote geïntegreerde schakeling sterk geassocieerd met buitenlandse ontwikkelingen? In het begin van de jaren 50 van de vorige eeuw nam de USSR de tweede plaats in bij de ontwikkeling van elektronica. Maar nu is het extreem moeilijk voor binnenlandse producenten om te concurreren met buitenlandse bedrijven. Het is echter niet allemaal slecht.
Dus, met betrekking tot het creëren van complexe wetenschapsintensieve producten, kunnen we vol vertrouwen zeggen dat de Russische Federatie nu over de voorwaarden, het personeel en het wetenschappelijk potentieel beschikt. Er zijn nogal wat bedrijven en instellingen die verschillende elektronische apparaten kunnen ontwikkelen. Toegegeven, dit alles bestaat in een vrij beperkt volume.
Het is dus vaak het geval wanneer hightech "grondstoffen" worden gebruikt voor ontwikkeling, zoals VLSI-geheugen, microprocessors en controllers die in het buitenland zijn vervaardigd. Maar tegelijkertijd worden bepaalde problemen van signaalverwerking en berekeningen programmatisch opgelost.
Al moet er niet van worden uitgegaan dat we uitsluitend apparatuur uit verschillende componenten kunnen kopen en monteren. Er zijn ook binnenlandse versies van processors, controllers, ultragrootschalige geïntegreerde schakelingen en andere ontwikkelingen. Maar helaas kunnen ze niet concurreren met de leiders van de wereld in termen van hun effectiviteit, wat hun commerciële implementatie moeilijk maakt. Maar ze gebruiken in huishoudelijke systemen waar je niet veel stroom nodig hebt of waar je voor betrouwbaarheid moet zorgen, is heel goed mogelijk.
PLC's voor programmeerbare logica
Dit is een afzonderlijk toegewezen veelbelovend type ontwikkeling. Ze zijn buiten concurrentie op die gebieden waar je moet creërenhigh-performance gespecialiseerde apparaten gericht op hardware-implementatie. Hierdoor is de taak om het verwerkingsproces te parallelliseren opgelost en worden de prestaties vertienvoudigd (in vergelijking met softwareoplossingen).
In wezen hebben deze ultragrootschalige geïntegreerde schakelingen veelzijdige, configureerbare functieconverters waarmee gebruikers de onderlinge verbindingen kunnen aanpassen. En het staat allemaal op één kristal. Het resultaat is een kortere bouwcyclus, een economisch voordeel voor kleinschalige productie en de mogelijkheid om in elk stadium van het ontwerp wijzigingen aan te brengen.
Ontwikkeling van programmeerbare logische ultragrote geïntegreerde schakelingen duurt enkele maanden. Daarna worden ze in de kortst mogelijke tijd geconfigureerd - en dit alles tegen een minimum aan kosten. Er zijn verschillende fabrikanten, architecturen en mogelijkheden van de producten die ze maken, wat de mogelijkheid om taken uit te voeren enorm vergroot.
Hoe zijn ze geclassificeerd?
Vaak hiervoor gebruikt:
- Logische capaciteit (mate van integratie).
- Organisatie van de interne structuur.
- Type programmeerbaar item dat wordt gebruikt.
- Architectuur voor functieconversie.
- Aanwezig/afwezig van intern RAM.
Elk item verdient aandacht. Maar helaas, de grootte van het artikel is beperkt, dus we zullen alleen het belangrijkste onderdeel beschouwen.
Wat islogische capaciteit?
Dit is het belangrijkste kenmerk voor zeer grootschalige geïntegreerde schakelingen. Het aantal transistors daarin kan in de miljarden lopen. Maar tegelijkertijd is hun grootte gelijk aan een ellendige fractie van een micrometer. Maar vanwege de redundantie van structuren wordt de logische capaciteit gemeten in het aantal poorten dat nodig is om het apparaat te implementeren.
Om ze aan te duiden, worden indicatoren van honderdduizenden en miljoenen eenheden gebruikt. Hoe hoger de waarde van logische capaciteit, hoe meer mogelijkheden een ultragrootschalige geïntegreerde schakeling ons kan bieden.
Over de nagestreefde doelen
VLSI is oorspronkelijk gemaakt voor machines van de vijfde generatie. Bij hun fabricage werden ze geleid door een streaming-architectuur en de implementatie van een intelligente mens-machine-interface, die niet alleen een systematische oplossing voor problemen zal bieden, maar Masha ook de mogelijkheid biedt om logisch te denken, zelf te leren en logisch te tekenen. conclusies.
Er werd aangenomen dat communicatie in natuurlijke taal zou plaatsvinden met behulp van een spraakvorm. Nou, op de een of andere manier is het geïmplementeerd. Maar toch, het is nog lang niet het volwaardige probleemloze creëren van ideale ultragrote geïntegreerde schakelingen. Maar wij, de mensheid, gaan met vertrouwen vooruit. VLSI-ontwerpautomatisering speelt hierin een grote rol.
Zoals eerder vermeld, vereist dit veel mensen en tijd. Daarom wordt automatisering veel gebruikt om geld te besparen. Wanneer het immers nodig is om verbindingen tussen miljarden tot stand te brengencomponenten, zelfs een team van enkele tientallen mensen zal er jaren mee bezig zijn. Terwijl automatisering dit in enkele uren kan doen, als het juiste algoritme wordt gelegd.
Verdere reductie lijkt nu problematisch, aangezien we de limiet van transistortechnologie al naderen. Nu al zijn de kleinste transistoren slechts enkele tientallen nanometers groot. Als we ze een paar honderd keer verkleinen, lopen we gewoon tegen de afmetingen van het atoom aan. Dit is ongetwijfeld goed, maar hoe verder te gaan met het verhogen van de efficiëntie van elektronica? Om dit te doen, moet je naar een nieuw niveau gaan. Bijvoorbeeld om kwantumcomputers te maken.
Conclusie
Ultra-grootschalige geïntegreerde schakelingen hebben een aanzienlijke impact gehad op de ontwikkeling van de mensheid en de mogelijkheden die we hebben. Maar het is waarschijnlijk dat ze snel achterhaald zullen zijn en dat er iets heel anders voor in de plaats komt.
Helaas naderen we immers al de limiet van mogelijkheden, en de mensheid is niet gewend om stil te staan. Daarom is het waarschijnlijk dat ultragrote geïntegreerde schakelingen de nodige eer zullen krijgen, waarna ze zullen worden vervangen door meer geavanceerde ontwerpen. Maar voor nu gebruiken we allemaal VLSI als het toppunt van bestaande creatie.
