Teknologi komputer berkembang dengan sangat pantas. Terdapat susun atur dan pembangunan baharu yang mesti memenuhi keperluan yang semakin meningkat. Salah satu perkara yang paling menarik ialah litar bersepadu yang sangat besar. Apa ini? Mengapa dia mempunyai nama sedemikian? Kami tahu maksud VLSI, tetapi bagaimana rupanya dalam amalan? Di manakah ia digunakan?
Sejarah pembangunan
Pada awal tahun enam puluhan, litar mikro semikonduktor pertama muncul. Sejak itu, mikroelektronik telah berkembang jauh daripada elemen logik mudah kepada peranti digital yang paling kompleks. Komputer moden yang kompleks dan pelbagai fungsi boleh beroperasi pada kristal tunggal semikonduktor tunggal, yang luasnya ialah satu sentimeter persegi.
Sepatutnya mempunyai mereka entah bagaimanamengelas dan membezakan. Litar bersepadu sangat besar (VLSI) dinamakan sedemikian kerana terdapat keperluan untuk menetapkan litar mikro, di mana tahap penyepaduan melebihi 104 elemen setiap cip. Ia berlaku pada akhir tahun tujuh puluhan. Dalam beberapa tahun, menjadi jelas bahawa ini adalah arah umum untuk mikroelektronik.
Jadi, litar bersepadu yang sangat besar dinamakan sedemikian kerana ia adalah perlu untuk mengklasifikasikan semua pencapaian dalam bidang ini. Pada mulanya, mikroelektronik dibina berdasarkan operasi pemasangan dan terlibat dalam pelaksanaan fungsi kompleks dengan menggabungkan banyak elemen dalam satu perkara.
Dan kemudian apa?
Pada mulanya, sebahagian besar daripada peningkatan kos produk perkilangan adalah tepat dalam proses pemasangan. Peringkat utama yang perlu dilalui oleh setiap produk ialah reka bentuk, pelaksanaan dan pengesahan sambungan antara komponen. Fungsi, serta dimensi peranti yang telah dilaksanakan dalam amalan, dihadkan semata-mata oleh bilangan komponen yang digunakan, kebolehpercayaan dan dimensi fizikalnya.
Jadi, jika mereka mengatakan bahawa sesetengah litar bersepadu yang sangat besar mempunyai berat lebih daripada 10 kg, ia agak mustahil. Satu-satunya persoalan ialah rasional menggunakan blok komponen yang begitu besar.
Pembangunan
Saya ingin membuat satu lagi penyimpangan kecil. Dari segi sejarah, litar bersepadu telah tertarik dengan saiz dan beratnya yang kecil. Walaupun secara beransur-ansur, dengan pembangunan, terdapat peluang untuk lebih dekatpenempatan elemen. Dan bukan sahaja. Ini harus difahami bukan sahaja sebagai peletakan yang padat, tetapi juga sebagai penambahbaikan dalam penunjuk ergonomik, peningkatan dalam prestasi dan tahap kebolehpercayaan operasi.
Perhatian khusus harus diberikan kepada penunjuk bahan dan tenaga, yang secara langsung bergantung pada luas kristal yang digunakan setiap komponen. Ini sebahagian besarnya bergantung pada bahan yang digunakan. Pada mulanya, germanium digunakan untuk produk semikonduktor. Tetapi lama kelamaan, ia telah digantikan oleh silikon, yang mempunyai ciri yang lebih menarik.
Apakah yang sedang digunakan sekarang?
Jadi kita tahu bahawa litar bersepadu yang sangat besar dinamakan sedemikian kerana ia mengandungi banyak komponen. Apakah teknologi yang sedang digunakan untuk menciptanya? Selalunya mereka bercakap tentang kawasan submikron dalam, yang memungkinkan untuk mencapai penggunaan berkesan komponen dalam 0.25-0.5 mikron, dan nanoelektronik, di mana unsur diukur dalam nanometer. Lebih-lebih lagi, yang pertama secara beransur-ansur menjadi sejarah, dan pada yang kedua semakin banyak penemuan dibuat. Berikut ialah senarai pendek pembangunan yang sedang dibuat:
- Litar silikon ultra besar. Ia mempunyai saiz komponen minimum di kawasan submikron dalam.
- Peranti heterojunction berkelajuan tinggi dan litar bersepadu. Ia dibina berdasarkan silikon, germanium, galium arsenide, serta beberapa sebatian lain.
- Teknologi peranti skala nano, yang mana nanolitografi harus dinyatakan secara berasingan.
Walaupun saiz kecil ditunjukkan di sini, tetapi tidak perlu tersilap tentang yang mana satulitar bersepadu ultra-besar muktamad. Dimensi keseluruhannya boleh berbeza dalam sentimeter, dan dalam beberapa peranti tertentu walaupun meter. Mikrometer dan nanometer hanyalah saiz elemen individu (seperti transistor), dan bilangannya boleh berbilion-bilion!
Walaupun bilangan sedemikian, mungkin litar bersepadu berskala ultra besar mempunyai berat beberapa ratus gram. Walaupun ada kemungkinan ia akan menjadi sangat berat sehinggakan orang dewasa pun tidak dapat mengangkatnya sendiri.
Bagaimanakah ia dicipta?
Mari kita pertimbangkan teknologi moden. Jadi, untuk mencipta bahan kristal tunggal semikonduktor ultra tulen, serta reagen teknologi (termasuk cecair dan gas), anda memerlukan:
- Pastikan keadaan kerja ultra-bersih di kawasan pemprosesan dan pengangkutan wafer.
- Membangunkan operasi teknologi dan mencipta satu set peralatan, di mana akan terdapat kawalan proses automatik. Ini adalah perlu untuk memastikan kualiti pemprosesan yang ditetapkan dan tahap pencemaran yang rendah. Walaupun kita tidak seharusnya melupakan prestasi tinggi dan kebolehpercayaan komponen elektronik yang dicipta.
Adakah satu jenaka apabila unsur dicipta, yang saiznya dikira dalam nanometer? Malangnya, adalah mustahil untuk seseorang melakukan operasi yang memerlukan ketepatan yang luar biasa.
Bagaimana dengan pengeluar domestik?
KenapaAdakah litar bersepadu ultra-besar sangat dikaitkan dengan perkembangan asing? Pada awal 50-an abad yang lalu, USSR mengambil tempat kedua dalam pembangunan elektronik. Tetapi kini amat sukar bagi pengeluar domestik untuk bersaing dengan syarikat asing. Ia tidak semuanya buruk.
Oleh itu, mengenai penciptaan produk intensif sains yang kompleks, kami dengan yakin boleh mengatakan bahawa Persekutuan Rusia kini mempunyai syarat, dan kakitangan, dan potensi saintifik. Terdapat beberapa perusahaan dan institusi yang boleh membangunkan pelbagai peranti elektronik. Benar, semua ini wujud dalam jumlah yang agak terhad.
Jadi, selalunya berlaku apabila "bahan mentah" berteknologi tinggi digunakan untuk pembangunan, seperti memori VLSI, mikropemproses dan pengawal yang dikeluarkan di luar negara. Tetapi pada masa yang sama, masalah tertentu pemprosesan isyarat dan pengiraan diselesaikan secara pemrograman.
Walaupun tidak boleh diandaikan bahawa kita boleh membeli dan memasang peralatan daripada pelbagai komponen secara eksklusif. Terdapat juga versi domestik pemproses, pengawal, litar bersepadu berskala ultra besar dan perkembangan lain. Tetapi, malangnya, mereka tidak dapat bersaing dengan pemimpin dunia dari segi keberkesanannya, yang menyukarkan pelaksanaan komersial mereka. Tetapi menggunakannya dalam sistem domestik yang anda tidak memerlukan banyak kuasa atau anda perlu menjaga kebolehpercayaan adalah sangat mungkin.
PLC untuk logik boleh atur cara
Ini adalah jenis pembangunan menjanjikan yang diperuntukkan secara berasingan. Mereka berada di luar persaingan dalam kawasan yang anda perlu buatperanti khusus berprestasi tinggi tertumpu pada pelaksanaan perkakasan. Terima kasih kepada ini, tugas menyelaraskan proses pemprosesan diselesaikan dan prestasi meningkat sepuluh kali ganda (jika dibandingkan dengan penyelesaian perisian).
Pada asasnya, litar bersepadu berskala ultra besar ini mempunyai penukar fungsi yang serba boleh dan boleh dikonfigurasikan yang membolehkan pengguna menyesuaikan sambungan antara mereka. Dan semuanya pada satu kristal. Hasilnya ialah kitaran binaan yang lebih pendek, faedah ekonomi untuk pengeluaran berskala kecil dan keupayaan untuk membuat perubahan pada mana-mana peringkat reka bentuk.
Pembangunan litar bersepadu ultra-besar logik boleh atur cara mengambil masa beberapa bulan. Selepas itu, mereka dikonfigurasikan dalam masa yang sesingkat mungkin - dan ini semua pada tahap kos minimum. Terdapat pelbagai pengilang, seni bina dan keupayaan produk yang mereka cipta, yang meningkatkan keupayaan untuk menyelesaikan tugasan.
Bagaimanakah ia dikelaskan?
Biasanya digunakan untuk ini:
- Kapasiti logik (darjah penyepaduan).
- Organisasi struktur dalaman.
- Jenis item boleh atur cara yang digunakan.
- Seni bina penukar fungsi.
- Kehadiran/ketiadaan RAM dalaman.
Setiap item patut diberi perhatian. Tetapi malangnya, saiz artikel adalah terhad, jadi kami akan mempertimbangkan komponen yang paling penting sahaja.
Apa itukapasiti logik?
Ini ialah ciri paling penting untuk litar bersepadu berskala besar. Bilangan transistor di dalamnya boleh berbilion-bilion. Tetapi pada masa yang sama, saiznya sama dengan pecahan mikrometer yang menyedihkan. Tetapi disebabkan oleh lebihan struktur, kapasiti logik diukur dalam bilangan get yang diperlukan untuk melaksanakan peranti.
Untuk menetapkannya, penunjuk ratusan ribu dan berjuta-juta unit digunakan. Lebih tinggi nilai kapasiti logik, lebih banyak peluang litar bersepadu berskala ultra besar boleh tawarkan kepada kita.
Mengenai matlamat yang dicapai
VLSI pada asalnya dicipta untuk mesin generasi kelima. Dalam pembuatan mereka, mereka dipandu oleh seni bina penstriman dan pelaksanaan antara muka mesin manusia yang pintar, yang bukan sahaja akan menyediakan penyelesaian yang sistematik kepada masalah, tetapi juga memberi Masha peluang untuk berfikir secara logik, belajar sendiri dan melukis logik. kesimpulan.
Adalah diandaikan bahawa komunikasi akan dijalankan dalam bahasa semula jadi menggunakan bentuk pertuturan. Nah, dalam satu cara atau yang lain ia telah dilaksanakan. Namun begitu, ia masih jauh daripada penciptaan litar bersepadu ultra-besar yang ideal tanpa masalah. Tetapi kita, manusia, bergerak ke hadapan dengan yakin. Automasi reka bentuk VLSI memainkan peranan yang besar dalam hal ini.
Seperti yang dinyatakan sebelum ini, ini memerlukan banyak sumber manusia dan masa. Oleh itu, untuk menjimatkan wang, automasi digunakan secara meluas. Lagipun, apabila perlu untuk mewujudkan hubungan antara berbilion-bilionkomponen, malah satu pasukan yang terdiri daripada beberapa dozen orang akan menghabiskan masa bertahun-tahun untuknya. Sedangkan automasi boleh melakukan ini dalam masa beberapa jam, jika algoritma yang betul diletakkan.
Pengurangan selanjutnya nampaknya bermasalah sekarang, kerana kami sudah menghampiri had teknologi transistor. Sudah, transistor terkecil hanya bersaiz beberapa puluh nanometer. Jika kita mengurangkannya beberapa ratus kali, maka kita hanya akan menghadapi dimensi atom. Tidak dinafikan, ini bagus, tetapi bagaimana untuk bergerak ke hadapan dari segi meningkatkan kecekapan elektronik? Untuk melakukan ini, anda perlu pergi ke tahap yang baru. Contohnya, untuk mencipta komputer kuantum.
Kesimpulan
Litar bersepadu berskala ultra besar telah memberi impak yang besar kepada pembangunan manusia dan kemungkinan yang kita ada. Tetapi kemungkinan besar ia akan menjadi usang dan sesuatu yang sama sekali berbeza akan menggantikannya.
Lagipun, sayangnya, kita sudah menghampiri had kemungkinan, dan manusia tidak biasa berdiri diam. Oleh itu, kemungkinan besar litar bersepadu ultra besar akan diberi penghormatan sewajarnya, selepas itu ia akan digantikan dengan reka bentuk yang lebih maju. Tetapi buat masa ini, kita semua menggunakan VLSI sebagai kemuncak ciptaan sedia ada.
