Kompjuterska tehnologija se razvija izuzetno brzo. Postoje novi izgledi i razvoji koji moraju zadovoljiti sve veće zahtjeve. Jedna od najzanimljivijih stvari je vrlo veliko integrirano kolo. Šta je to? Zašto ona ima takvo ime? Znamo kako VLSI znači, ali kako to izgleda u praksi? Gdje se koriste?
Historija razvoja
Početkom šezdesetih pojavila su se prva poluprovodnička mikro kola. Od tada je mikroelektronika prešla dug put od jednostavnih logičkih elemenata do najsloženijih digitalnih uređaja. Moderni složeni i multifunkcionalni računari mogu raditi na jednom poluvodičkom monokristalu, čija je površina jedan kvadratni centimetar.
Trebalo ih je nekako imatiklasificirati i razlikovati. Veoma veliko integrisano kolo (VLSI) je tako nazvano jer je postojala potreba za označavanjem mikrokola, u kojem je stepen integracije prelazio 104 elementa po čipu. Desilo se to krajem sedamdesetih. U roku od nekoliko godina postalo je jasno da je to opći smjer mikroelektronike.
Dakle, veoma veliko integrisano kolo je tako nazvano jer je bilo potrebno klasifikovati sva dostignuća u ovoj oblasti. U početku je mikroelektronika bila izgrađena na montažnim operacijama i bila je angažovana na implementaciji složenih funkcija kombinovanjem mnogih elemenata u jednu stvar.
I šta 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 dizajn, implementacija i provjera veza između komponenti. Funkcije, kao i dimenzije uređaja koji su implementirani u praksi, ograničeni su isključivo brojem komponenti koje se koriste, njihovom pouzdanošću i fizičkim dimenzijama.
Pa ako kažu da neki vrlo veliki integrirani krug teži više od 10 kg, sasvim je moguće. Jedino pitanje je racionalnost korištenja tako velikog bloka komponenti.
Razvoj
Želio bih napraviti još jednu malu digresiju. Istorijski gledano, integrisana kola su bila privučena svojom malom veličinom i težinom. Iako postepeno, s razvojem, postojale su mogućnosti za sve bližepostavljanje elemenata. I ne samo. Ovo treba shvatiti ne samo kao kompaktan smještaj, već i kao poboljšanje ergonomskih pokazatelja, povećanje performansi i nivo operativne pouzdanosti.
Posebnu pažnju treba obratiti na materijalne i energetske indikatore, koji direktno zavise od površine kristala koji se koristi po komponenti. To je uvelike ovisilo o korištenoj tvari. U početku se germanij koristio za poluvodičke proizvode. Ali vremenom je istisnut silicijumom, koji ima privlačnije karakteristike.
Šta se sada koristi?
Dakle, znamo da je veoma veliko integrisano kolo nazvano tako jer sadrži mnogo komponenti. Koje se tehnologije trenutno koriste za njihovu izradu? Najčešće se govori o dubokom submikronskom području, što omogućava postizanje efektivne upotrebe komponenti od 0,25-0,5 mikrona, i nanoelektronici, gdje se elementi mjere u nanometrima. Štaviše, prvi postepeno postaje historija, au drugom dolazi do sve više i više otkrića. Evo kratke liste razvoja koji se kreiraju:
- Ultra-velika silikonska kola. Imaju minimalne veličine komponenti u dubokom submikronskom području.
- Uređaji za heterospojnice velike brzine i integrisana kola. Građeni su na bazi silicijuma, germanijuma, galijum arsenida, kao i niza drugih jedinjenja.
- Tehnologija uređaja nanorazmjera, od kojih nanolitografiju treba spomenuti posebno.
Iako su male veličine ovdje naznačene, ali ne treba griješiti koja jeultimativno ultra veliko integrisano kolo. 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!
Uprkos takvom broju, može se dogoditi da integrirano kolo 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, da biste stvorili ultra čiste poluprovodničke monokristalne materijale, kao i tehnološke reagense (uključujući tekućine i plinove), trebate:
- Osigurajte ultra čiste radne uslove u oblasti obrade i transporta vafla.
- Razvijati tehnološke operacije i kreirati set opreme, gdje će biti automatizirana kontrola procesa. Ovo je neophodno kako bi se osigurao specificirani kvalitet obrade i nizak nivo kontaminacije. Iako ne treba zaboraviti na visoke performanse i pouzdanost kreiranih elektronskih komponenti.
Da li je šala kada se kreiraju elementi čija se veličina izračunava u nanometrima? Jao, nemoguće je da osoba izvodi operacije koje zahtijevaju fenomenalnu tačnost.
Šta je sa domaćim proizvođačima?
ZaštoDa li je ultra-veliki integrirani krug snažno povezan sa stranim razvojem? Početkom 50-ih godina prošlog stoljeća SSSR je zauzeo drugo mjesto u razvoju elektronike. Ali sada je domaćim proizvođačima izuzetno teško da konkurišu stranim kompanijama. Ipak nije sve loše.
Dakle, u pogledu stvaranja kompleksnih naučno intenzivnih proizvoda, možemo sa sigurnošću reći da Ruska Federacija sada ima uslove, i kadrovske, i naučni potencijal. Postoji dosta preduzeća i institucija koje mogu razviti razne elektronske uređaje. Istina, sve ovo 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 inostranstvu. Ali u isto vrijeme, određeni problemi obrade signala i proračuna rješavaju se programski.
Iako ne treba pretpostaviti da isključivo možemo kupovati i sastavljati opremu od raznih komponenti. Postoje i domaće verzije procesora, kontrolera, ultra velikih integrisanih kola i drugih razvoja. Ali, nažalost, ne mogu se takmičiti sa svjetskim liderima po svojoj djelotvornosti, što otežava njihovu komercijalnu implementaciju. Ali njihovo korištenje u domaćim sistemima gdje vam ne treba puno energije ili morate voditi računa o pouzdanosti je sasvim moguće.
PLC-ovi za programabilnu logiku
Ovo je posebno dodijeljena obećavajuća vrsta razvoja. Oni su van konkurencije u onim oblastima u kojima treba da stvaratespecijalizovani uređaji visokih performansi fokusirani na implementaciju hardvera. Zahvaljujući tome, zadatak paralelizacije procesa obrade je riješen i performanse se povećavaju deset puta (u poređenju sa softverskim rješenjima).
U suštini, ova integrisana kola ultra velikih razmera imaju svestrane, konfigurabilne pretvarače funkcija koji omogućavaju korisnicima da prilagode veze između njih. I sve je na jednom kristalu. Rezultat je kraći ciklus izrade, ekonomska korist za proizvodnju u malom obimu i mogućnost unošenja promjena u bilo kojoj fazi dizajna.
Razvoj programabilnih logičkih ultra velikih integrisanih kola traje nekoliko meseci. Nakon toga se konfigurišu u najkraćem mogućem roku - i sve to uz minimalni nivo troškova. Postoje različiti proizvođači, arhitekture i mogućnosti proizvoda koje kreiraju, što uvelike povećava sposobnost izvršavanja zadataka.
Kako su klasifikovani?
Uobičajeno se koristi za ovo:
- Logički kapacitet (stepen integracije).
- Organizacija interne strukture.
- Vrsta programabilne stavke koja se koristi.
- arhitektura pretvarača funkcija.
- Prisustvo/odsustvo interne RAM memorije.
Svaka stavka zaslužuje pažnju. Ali nažalost, veličina članka je ograničena, pa ćemo razmotriti samo najvažniju komponentu.
Šta jelogički kapacitet?
Ovo je najvažnija karakteristika za integrirana kola vrlo velikih razmjera. Broj tranzistora u njima može biti u milijardama. Ali u isto vrijeme, njihova je veličina jednaka mizernom djeliću mikrometra. Ali zbog redundantnosti struktura, logički kapacitet se mjeri brojem kapija koji je potreban za implementaciju uređaja.
Za njihovo označavanje koriste se indikatori stotina hiljada i miliona jedinica. Što je veća vrijednost logičkog kapaciteta, više mogućnosti nam može ponuditi integrisano kolo ultra velikih razmjera.
O ciljevima kojima se teži
VLSI je prvobitno kreiran za mašine pete generacije. U proizvodnji su se rukovodili stream arhitekturom i implementacijom inteligentnog sučelja čovjek-mašina, koji ne samo da će pružiti sistematsko rješenje problema, već će Maši pružiti i mogućnost 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 implementirano. Ali ipak, još uvijek je daleko od potpunog kreiranja idealnih ultra velikih integriranih kola 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, da bi se uštedio novac, automatizacija se široko koristi. Uostalom, kada je potrebno uspostaviti veze između milijardikomponente, čak će i tim od nekoliko desetina ljudi potrošiti godine na to. Dok automatizacija to može učiniti za nekoliko sati, ako se postavi ispravan algoritam.
Dalje smanjenje sada izgleda problematično, jer se već približavamo granici tranzistorske tehnologije. Već sada su najmanji tranzistori veličine samo nekoliko desetina nanometara. Ako ih smanjimo za nekoliko stotina puta, onda ćemo jednostavno naletjeti na dimenzije atoma. Bez sumnje, ovo je dobro, ali kako ići naprijed u smislu povećanja efikasnosti elektronike? Da biste to učinili, morate prijeći na novi nivo. Na primjer, za stvaranje kvantnih kompjutera.
Zaključak
Integrirana kola ultra velikih razmjera imala su značajan utjecaj na razvoj čovječanstva i mogućnosti koje imamo. Ali je vjerovatno da će uskoro zastarjeti i da će ih zamijeniti nešto sasvim drugo.
Na kraju krajeva, avaj, već se približavamo granici mogućnosti, a čovječanstvo nije naviklo stajati na mjestu. Stoga je vjerovatno da će ultra-velika integrirana kola dobiti dužne počasti, nakon čega će biti zamijenjena naprednijim dizajnom. Ali za sada, svi koristimo VLSI kao vrhunac postojeće kreacije.
