La tecnologia informàtica s'està desenvolupant molt ràpid. Hi ha nous dissenys i desenvolupaments que han de complir uns requisits cada cop més creixents. Una de les coses més interessants és el circuit integrat molt gran. Què és això? Per què té aquest nom? Sabem com significa VLSI, però com es veu a la pràctica? On s'utilitzen?
Historial de desenvolupament
A principis dels anys seixanta van aparèixer els primers microcircuits de semiconductors. Des de llavors, la microelectrònica ha recorregut un llarg camí des d'elements lògics simples fins als dispositius digitals més complexos. Els ordinadors moderns complexos i multifuncionals poden funcionar amb un sol cristall semiconductor, l'àrea del qual és d'un centímetre quadrat.
Les hauria d'haver tingut d'alguna maneraclassificar i distingir. El circuit integrat molt gran (VLSI) s'anomena així perquè hi havia una necessitat de designar un microcircuit, en el qual el grau d'integració superava els 104 elements per xip. Va passar a finals dels setanta. Al cap d'uns anys, va quedar clar que aquesta era la direcció general de la microelectrònica.
Per tant, el circuit integrat molt gran s'anomena així perquè calia classificar tots els assoliments en aquesta àrea. Inicialment, la microelectrònica es basava en operacions de muntatge i es dedicava a la implementació de funcions complexes combinant molts elements en una sola cosa.
I després què?
En un principi, una part important de l'augment del cost dels productes manufacturats va ser precisament en el procés de muntatge. Les principals etapes per les quals ha hagut de passar cada producte són el disseny, la implementació i la verificació de les connexions entre components. Les funcions, així com les dimensions dels dispositius que s'han implementat a la pràctica, estan limitades únicament pel nombre de components utilitzats, la seva fiabilitat i dimensions físiques.
Així que si diuen que un circuit integrat molt gran pesa més de 10 kg, és molt possible. L'única qüestió és la racionalitat d'utilitzar un bloc de components tan gran.
Desenvolupament
M'agradaria fer una petita digressió més. Històricament, els circuits integrats s'han vist atrets per la seva petita mida i pes. Encara que a poc a poc, amb el desenvolupament, hi havia oportunitats per cada cop més a propcol·locació dels elements. I no només. Això s'ha d'entendre no només com una col·locació compacta, sinó també com una millora dels indicadors ergonòmics, un augment del rendiment i un nivell de fiabilitat operativa.
S'ha de prestar especial atenció als indicadors de material i energia, que depenen directament de l'àrea del cristall utilitzada per component. Això depenia en gran mesura de la substància utilitzada. Inicialment, el germani s'utilitzava per a productes semiconductors. Però amb el temps, va ser suplantat pel silici, que té característiques més atractives.
Què s'utilitza ara?
Així sabem que el circuit integrat molt gran s'anomena així perquè conté molts components. Quines tecnologies s'utilitzen actualment per crear-los? La majoria de vegades parlen de la regió submicrònica profunda, que permet aconseguir l'ús efectiu de components en 0,25-0,5 micres, i de nanoelectrònica, on els elements es mesuren en nanòmetres. A més, el primer esdevé història, i en el segon es fan més descobriments. Aquí teniu una breu llista de desenvolupaments que s'estan creant:
- Circuits de silici ultragrans. Tenen mides mínimes de components a la regió submicronica profunda.
- Dispositius d'heterounió i circuits integrats d' alta velocitat. Es construeixen a base de silici, germani, arsenur de gal·li, així com una sèrie d' altres compostos.
- Tecnologia de dispositius a nanoescala, dels quals la nanolitografia s'ha d'esmentar per separat.
Tot i que aquí s'indiquen talles petites, però no cal equivocar-se sobre quina éscircuit integrat ultragran definitiu. Les seves dimensions totals poden variar en centímetres, i en alguns dispositius específics fins i tot metres. Els micròmetres i els nanòmetres tenen la mida d'elements individuals (com ara els transistors) i el seu nombre pot arribar a milers de milions!
Malgrat aquesta xifra, pot ser que un circuit integrat a gran escala pesi diversos centenars de grams. Tot i que és possible que sigui tan pesat que fins i tot un adult no el pugui aixecar sol.
Com es creen?
Considerem la tecnologia moderna. Per tant, per crear materials de cristall únic semiconductors ultra purs, així com reactius tecnològics (inclosos líquids i gasos), necessiteu:
- Assegureu-vos unes condicions de treball ultra netes a l'àrea de processament i transport d'hòsties.
- Desenvolupar operacions tecnològiques i crear un conjunt d'equips, on hi haurà un control de processos automatitzat. Això és necessari per garantir la qualitat especificada del processament i els baixos nivells de contaminació. Tot i que no hem d'oblidar-nos de l' alt rendiment i fiabilitat dels components electrònics creats.
És una broma quan es creen elements, la mida dels quals es calcula en nanòmetres? Per desgràcia, és impossible que una persona realitzi operacions que requereixen una precisió fenomenal.
Què passa amb els productors nacionals?
Per quèEl circuit integrat ultragran està fortament associat amb desenvolupaments estrangers? A principis dels anys 50 del segle passat, l'URSS va ocupar el segon lloc en el desenvolupament de l'electrònica. Però ara és extremadament difícil per als productors nacionals competir amb les empreses estrangeres. Tanmateix, no tot està malament.
Així, pel que fa a la creació de productes complexos de ciència intensiva, podem dir amb confiança que la Federació Russa ara té les condicions, el personal i el potencial científic. Hi ha força empreses i institucions que poden desenvolupar diversos dispositius electrònics. És cert que tot això existeix en un volum força limitat.
Així, sovint és el cas quan s'utilitzen "matèries primeres" d' alta tecnologia per al desenvolupament, com ara memòria VLSI, microprocessadors i controladors que es van fabricar a l'estranger. Però al mateix temps, certs problemes de processament de senyals i càlculs es resolen mitjançant programació.
Tot i que no s'ha de suposar que només podem comprar i muntar equips de diversos components. També hi ha versions domèstiques de processadors, controladors, circuits integrats a gran escala i altres desenvolupaments. Però, per desgràcia, no poden competir amb els líders mundials pel que fa a la seva eficàcia, cosa que dificulta la seva implantació comercial. Però utilitzar-los en sistemes domèstics on no necessiteu molta potència o necessiteu tenir cura de la fiabilitat és molt possible.
PLC per a lògica programable
Aquest és un tipus de desenvolupament prometedor assignat per separat. Estan fora de competència en aquelles àrees on cal creardispositius especialitzats d' alt rendiment centrats en la implementació de maquinari. Gràcies a això, es resol la tasca de paral·lelitzar el procés de processament i el rendiment es multiplica per deu (en comparació amb les solucions de programari).
Essencialment, aquests circuits integrats a gran escala tenen convertidors de funcions versàtils i configurables que permeten als usuaris personalitzar les connexions entre ells. I tot està en un sol cristall. El resultat és un cicle de construcció més curt, un benefici econòmic per a la producció a petita escala i la capacitat de fer canvis en qualsevol etapa del disseny.
El desenvolupament de circuits integrats ultragrans de lògica programable triga diversos mesos. Després d'això, es configuren en el menor temps possible, i tot això amb un nivell mínim de costos. Hi ha diferents fabricants, arquitectures i capacitats dels productes que creen, la qual cosa augmenta molt la capacitat de realitzar tasques.
Com es classifiquen?
S'utilitza habitualment per a això:
- Capacitat lògica (grau d'integració).
- Organització de l'estructura interna.
- Tipus d'element programable utilitzat.
- Arquitectura del convertidor de funcions.
- Presència/absència de RAM interna.
Cada article mereix atenció. Però per desgràcia, la mida de l'article és limitada, de manera que només tindrem en compte el component més important.
Què éscapacitat lògica?
Aquesta és la característica més important per als circuits integrats a gran escala. El nombre de transistors en ells pot ser de milers de milions. Però al mateix temps, la seva mida és igual a una fracció miserable d'un micròmetre. Però a causa de la redundància de les estructures, la capacitat lògica es mesura en el nombre de portes que es necessiten per implementar el dispositiu.
Per designar-los, s'utilitzen indicadors de centenars de milers i milions d'unitats. Com més gran sigui el valor de la capacitat lògica, més oportunitats ens pot oferir un circuit integrat a gran escala.
Sobre els objectius perseguits
VLSI es va crear originalment per a màquines de cinquena generació. En la seva fabricació, es van guiar per una arquitectura de streaming i la implementació d'una interfície intel·ligent home-màquina, que no només proporcionarà una solució sistemàtica als problemes, sinó que també proporcionarà a Masha l'oportunitat de pensar lògicament, autoaprendre i dibuixar lògicament. conclusions.
Es suposava que la comunicació es duria a terme en llenguatge natural mitjançant una forma de parla. Bé, d'una manera o altra es va implementar. Però tot i així, encara està lluny de la creació total i sense problemes de circuits integrats ultragrans ideals. Però nos altres, la humanitat, avancem amb confiança. L'automatització del disseny VLSI té un paper important en això.
Com s'ha esmentat anteriorment, això requereix molts recursos humans i de temps. Per tant, per estalviar diners, l'automatització s'utilitza àmpliament. Després de tot, quan cal establir connexions entre milers de milionscomponents, fins i tot un equip de diverses desenes de persones hi passarà anys. Mentre que l'automatització pot fer-ho en qüestió d'hores, si es posa l'algoritme correcte.
La reducció addicional sembla problemàtica ara, ja que ja ens estem apropant al límit de la tecnologia de transistors. Els transistors més petits ja tenen una mida de només unes desenes de nanòmetres. Si els reduïm diversos centenars de vegades, simplement ens trobarem amb les dimensions de l'àtom. Sens dubte, això és bo, però com avançar en termes d'augment de l'eficiència de l'electrònica? Per fer-ho, has d'anar a un nou nivell. Per exemple, per crear ordinadors quàntics.
Conclusió
Els circuits integrats a gran escala han tingut un impacte important en el desenvolupament de la humanitat i les possibilitats que tenim. Però és probable que aviat quedin obsolets i que vingui a substituir-los alguna cosa completament diferent.
Al cap i a la fi, ai, ja ens acostem al límit de les possibilitats, i la humanitat no està acostumada a quedar-se quieta. Per tant, és probable que els circuits integrats ultragrans rebin els deguts honors, després dels quals seran substituïts per dissenys més avançats. Però de moment, tots fem servir VLSI com a cimera de la creació existent.
