A számítógépes technológia rendkívül gyorsan fejlődik. Vannak új elrendezések és fejlesztések, amelyeknek meg kell felelniük az egyre növekvő követelményeknek. Az egyik legérdekesebb dolog a nagyon nagy integrált áramkör. Ami? Miért van ilyen neve? Tudjuk, hogy a VLSI mit jelent, de hogyan néz ki a gyakorlatban? Hol használják?
Fejlesztési előzmények
A hatvanas évek elején jelentek meg az első félvezető mikroáramkörök. Azóta a mikroelektronika hosszú utat tett meg az egyszerű logikai elemektől a legbonyolultabb digitális eszközökig. A modern komplex és többfunkciós számítógépek egyetlen félvezető egykristályon is működhetnek, amelynek területe egy négyzetcentiméter.
Valahogy meg kellett volna kapniuk őketosztályozni és megkülönböztetni. A nagyon nagy integrált áramkört (VLSI) azért nevezték így, mert szükség volt egy olyan mikroáramkör kijelölésére, amelyben az integráltság mértéke meghaladta a 104 elemet chipenként. A hetvenes évek végén történt. Néhány éven belül világossá vált, hogy ez a mikroelektronika általános iránya.
Tehát a nagyon nagy integrált áramkört azért nevezték így, mert az ezen a területen elért eredményeket osztályozni kellett. A mikroelektronika kezdetben az összeszerelési műveletekre épült, és összetett funkciók megvalósításával foglalkozott, sok elemet egy dologban kombinálva.
És akkor mi van?
A legyártott termékek költségnövekedésének jelentős része kezdetben éppen az összeszerelési folyamatban volt. A fő szakaszok, amelyeken minden terméken keresztül kellett menniük, a tervezés, a megvalósítás és az alkatrészek közötti kapcsolatok ellenőrzése. A funkciókat, valamint a gyakorlatban megvalósított eszközök méreteit kizárólag a felhasznált alkatrészek száma, megbízhatósága és fizikai méretei korlátozzák.
Tehát ha azt mondják, hogy egy nagyon nagy integrált áramkör több mint 10 kg-ot nyom, az teljesen lehetséges. Az egyetlen kérdés az, hogy egy ilyen nagy komponensblokk ésszerű-e.
Fejlesztés
Szeretnék még egy kis kitérőt tenni. A történelem során az integrált áramköröket kis méretük és súlyuk vonzotta. Bár fokozatosan, a fejlődéssel egyre közelebb kerültek a lehetőségekelemek elhelyezése. És nem csak. Ezt nemcsak kompakt elhelyezésként kell érteni, hanem az ergonómiai mutatók javulását, a teljesítmény növekedését és a működési megbízhatóság szintjét is.
Különös figyelmet kell fordítani az anyag- és energiamutatókra, amelyek közvetlenül függnek a felhasznált kristály komponensenkénti területétől. Ez nagyban függött a felhasznált anyagtól. Kezdetben a germániumot félvezető termékekhez használták. De idővel a szilícium kiszorította, amely vonzóbb tulajdonságokkal rendelkezik.
Mit használnak most?
Tehát tudjuk, hogy a nagyon nagy integrált áramkört azért nevezték így, mert sok alkatrészt tartalmaz. Milyen technológiákat használnak jelenleg ezek létrehozására? Leggyakrabban a mély szubmikron régióról beszélnek, amely lehetővé teszi a 0,25-0,5 mikronos komponensek hatékony felhasználását, valamint a nanoelektronikáról, ahol az elemeket nanométerben mérik. Ráadásul az első fokozatosan történelemmé válik, a másodikban pedig egyre több felfedezés születik. Íme egy rövid lista a készülő fejlesztésekről:
- Extra nagy szilícium áramkörök. Minimális alkatrészméretük a szubmikron mély tartományban van.
- Nagy sebességű heterocsatlakozós eszközök és integrált áramkörök. Szilícium, germánium, gallium-arzenid, valamint számos más vegyület alapúak.
- Nanoméretű eszközök technológiája, amelyek közül a nanolitográfiát külön kell megemlíteni.
Bár itt a kis méretek vannak feltüntetve, de nem kell tévedni, hogy melyikvégső ultra-nagy integrált áramkör. Teljes mérete centiméterben, egyes készülékeknél akár méterben is változhat. A mikrométerek és nanométerek csak akkorák, mint az egyes elemek (például tranzisztorok), és számuk milliárdos is lehet!
Ennyi szám ellenére előfordulhat, hogy egy ultranagy méretű integrált áramkör több száz grammot nyom. Bár lehet, hogy olyan nehéz lesz, hogy még egy felnőtt sem tudja magától felemelni.
Hogyan jönnek létre?
Vegyük fontolóra a modern technológiát. Tehát ultratiszta félvezető egykristály anyagok, valamint technológiai reagensek (beleértve a folyadékokat és gázokat) létrehozásához szüksége van:
- Gondoskodjon rendkívül tiszta munkakörülményekről az ostyafeldolgozás és -szállítás területén.
- Technológiai műveletek kidolgozása és egy olyan berendezés-készlet létrehozása, ahol automatizált folyamatirányítás lesz. Ez a feldolgozás meghatározott minőségének és a szennyeződés alacsony szintjének biztosításához szükséges. Bár nem szabad megfeledkezni a megalkotott elektronikai alkatrészek nagy teljesítményéről és megbízhatóságáról.
Vicc, amikor olyan elemeket hoznak létre, amelyek méretét nanométerben számolják? Sajnos lehetetlen, hogy az ember olyan műveleteket hajtson végre, amelyek fenomenális pontosságot igényelnek.
Mi a helyzet a hazai termelőkkel?
MiértAz ultranagy integrált áramkör erősen kapcsolódik a külföldi fejlesztésekhez? A múlt század 50-es éveinek elején a Szovjetunió a második helyet fogl alta el az elektronika fejlesztésében. De most rendkívül nehéz a hazai termelőknek felvenni a versenyt a külföldi cégekkel. Azért nem minden rossz.
Így a komplex tudományintenzív termékek létrehozásával kapcsolatban bátran kijelenthetjük, hogy az Orosz Föderációnak most megvannak a feltételei, a személyzet és a tudományos potenciál. Jó néhány olyan vállalkozás, intézmény van, amely különféle elektronikai eszközöket fejleszthet. Igaz, mindez meglehetősen korlátozott mennyiségben létezik.
Tehát, gyakran előfordul, hogy csúcstechnológiás "nyersanyagokat" használnak a fejlesztéshez, például VLSI memóriát, mikroprocesszorokat és vezérlőket, amelyeket külföldön gyártottak. Ugyanakkor bizonyos jelfeldolgozási és számítási problémákat programozottan oldanak meg.
Bár nem szabad azt feltételezni, hogy kizárólag különféle alkatrészekből tudunk berendezéseket vásárolni és összeszerelni. A processzorok, vezérlők, ultranagy méretű integrált áramkörök és egyéb fejlesztések hazai változatai is megtalálhatók. De sajnos eredményességükben nem versenyezhetnek a világ vezetőivel, ami megnehezíti kereskedelmi megvalósításukat. De ezek használata olyan háztartási rendszerekben, ahol nincs szükség nagy teljesítményre, vagy ügyelni kell a megbízhatóságra, teljesen lehetséges.
PLC-k programozható logikához
Ez egy külön kiosztott, ígéretes fejlesztési típus. Kiesnek a versenyből azokon a területeken, ahol alkotni kellnagy teljesítményű speciális eszközök, amelyek a hardver megvalósítására összpontosítanak. Ennek köszönhetően megoldódik a feldolgozási folyamat párhuzamosításának feladata, és a teljesítmény tízszeresére nő (a szoftveres megoldásokhoz képest).
Lényegében ezek az ultranagy méretű integrált áramkörök sokoldalú, konfigurálható funkcióátalakítókkal rendelkeznek, amelyek lehetővé teszik a felhasználók számára, hogy testreszabják a köztük lévő kapcsolatokat. És mindez egy kristályon van. Az eredmény rövidebb építési ciklus, gazdasági előny a kisüzemi gyártás számára, valamint a tervezés bármely szakaszában végrehajtható változtatások lehetősége.
A programozható logikai ultranagy integrált áramkörök kifejlesztése több hónapig tart. Ezt követően a lehető legrövidebb idő alatt konfigurálják őket - és mindezt minimális költségek mellett. Az általuk létrehozott termékeknek különböző gyártói, architektúrája és képességei vannak, ami nagymértékben növeli a feladatok elvégzésének képességét.
Hogyan vannak besorolva?
Általában erre használják:
- Logikai kapacitás (integrációs fok).
- A belső struktúra szervezése.
- A használt programozható elem típusa.
- Funkciókonverter architektúra.
- Belső RAM jelenléte/hiánya.
Minden tétel figyelmet érdemel. De sajnos a cikk mérete korlátozott, ezért csak a legfontosabb összetevőt vesszük figyelembe.
Mi azlogikai kapacitás?
Ez a legfontosabb jellemzője a nagyon nagyméretű integrált áramköröknek. A bennük lévő tranzisztorok száma milliárdokra tehető. De ugyanakkor méretük a mikrométer nyomorúságos töredékével egyenlő. De a struktúrák redundanciája miatt a logikai kapacitást az eszköz megvalósításához szükséges kapuk számában mérik.
Megjelölésükre több százezer és millió egységnyi mutatót használnak. Minél magasabb a logikai kapacitás értéke, annál több lehetőséget tud nekünk kínálni egy ultranagy méretű integrált áramkör.
Az elérni kívánt célokról
A VLSI-t eredetileg ötödik generációs gépekhez hozták létre. Gyártásuk során a streaming architektúra és az intelligens ember-gép interfész megvalósítása vezérelte őket, amely nemcsak szisztematikus megoldást ad a problémákra, hanem lehetőséget ad Masának a logikus gondolkodásra, az önálló tanulásra és a logikus rajzolásra. következtetések.
Azt feltételezték, hogy a kommunikáció természetes nyelven, beszédforma használatával történik. Nos, így vagy úgy megvalósult. De még mindig messze van az ideális ultra-nagy integrált áramkörök teljes értékű problémamentes létrehozásától. De mi, az emberiség magabiztosan haladunk előre. Ebben nagy szerepet játszik a VLSI tervezési automatizálás.
Amint korábban említettük, ez sok emberi és időforrást igényel. Ezért a pénzmegtakarítás érdekében az automatizálást széles körben használják. Hiszen amikor milliárdok között kell kapcsolatokat létesítenialkatrészeket, akár egy több tucat fős csapat is éveket fog rá fordítani. Míg az automatizálás ezt néhány óra alatt meg tudja tenni, ha a megfelelő algoritmust lefektetjük.
A további csökkentés most problémásnak tűnik, mivel már közeledünk a tranzisztortechnika határához. Már a legkisebb tranzisztorok is csak néhány tíz nanométeresek. Ha ezeket több százszorosára csökkentjük, akkor egyszerűen belefutunk az atom méreteibe. Ez kétségtelenül jó, de hogyan tovább az elektronika hatékonyságának növelése terén? Ehhez új szintre kell lépnie. Például kvantumszámítógépek létrehozásához.
Következtetés
Az ultranagy méretű integrált áramkörök jelentős hatással voltak az emberiség fejlődésére és a rendelkezésünkre álló lehetőségekre. De valószínű, hogy hamarosan elavulnak, és valami egészen más jön helyettük.
Végül is, sajnos, már közeledünk a lehetőségek határához, és az emberiség nem szokott egy helyben állni. Ezért valószínű, hogy az ultranagy integrált áramköröket kellő tiszteletdíjban részesítik, ezt követően felváltják őket fejlettebb kivitelek. De egyelőre mindannyian a VLSI-t használjuk a létező alkotás csúcsaként.
