Rekenaartegnologie ontwikkel uiters vinnig. Daar is nuwe uitlegte en ontwikkelings wat aan steeds toenemende vereistes moet voldoen. Een van die interessantste dinge is die baie groot geïntegreerde stroombaan. Wat dit is? Hoekom het sy so 'n naam? Ons weet waarvoor VLSI staan, maar hoe lyk dit in die praktyk? Waar word hulle gebruik?
Ontwikkelingsgeskiedenis
In die vroeë sestigerjare het die eerste halfgeleier-mikrobane verskyn. Sedertdien het mikro-elektronika 'n lang pad gekom van eenvoudige logiese elemente tot die mees komplekse digitale toestelle. Moderne komplekse en multifunksionele rekenaars kan op 'n enkele halfgeleier-enkelkristal werk, waarvan die oppervlakte een vierkante sentimeter is.
Moes hulle op een of ander manier gehad hetklassifiseer en onderskei. Baie groot geïntegreerde stroombaan (VLSI) word so genoem omdat daar 'n behoefte was om 'n mikrokring aan te wys, waarin die mate van integrasie 104 elemente per skyfie oorskry het. Dit het in die laat sewentigerjare gebeur. Binne 'n paar jaar het dit duidelik geword dat dit die algemene rigting vir mikro-elektronika is.
Dus, die baie groot geïntegreerde stroombaan is so genoem omdat dit nodig was om al die prestasies op hierdie gebied te klassifiseer. Aanvanklik was mikro-elektronika gebou op samestelling bedrywighede en was betrokke by die implementering van komplekse funksies deur baie elemente in een ding te kombineer.
En wat dan?
Aanvanklik was 'n beduidende deel van die styging in die koste van vervaardigde produkte juis in die monteerproses. Die hoofstadia waardeur elke produk moes gaan, is die ontwerp, implementering en verifikasie van verbindings tussen komponente. Die funksies, sowel as die afmetings van die toestelle wat in die praktyk geïmplementeer is, word uitsluitlik beperk deur die aantal komponente wat gebruik word, hul betroubaarheid en fisiese afmetings.
So as hulle sê dat een of ander baie groot geïntegreerde stroombaan meer as 10 kg weeg, is dit heel moontlik. Die enigste vraag is die rasionaliteit om so 'n groot blok komponente te gebruik.
Ontwikkeling
Ek wil graag nog een klein afwyking maak. Histories is geïntegreerde stroombane aangetrek deur hul klein grootte en gewig. Alhoewel daar geleidelik, met ontwikkeling, geleenthede was vir steeds naderplasing van elemente. En nie net nie. Dit moet nie net as 'n kompakte plasing verstaan word nie, maar ook as 'n verbetering in ergonomiese aanwysers, 'n toename in werkverrigting en 'n vlak van bedryfsbetroubaarheid.
Spesiale aandag moet gegee word aan materiaal- en energie-aanwysers, wat direk afhang van die area van die kristal wat per komponent gebruik word. Dit het grootliks afgehang van die stof wat gebruik is. Aanvanklik is germanium vir halfgeleierprodukte gebruik. Maar met verloop van tyd is dit vervang deur silikon, wat aantrekliker eienskappe het.
Wat word nou gebruik?
Ons weet dus dat die baie groot geïntegreerde stroombaan so genoem word omdat dit baie komponente bevat. Watter tegnologieë word tans gebruik om dit te skep? Meestal praat hulle oor die diep submikronstreek, wat dit moontlik maak om die effektiewe gebruik van komponente in 0,25-0,5 mikron te bereik, en nano-elektronika, waar elemente in nanometer gemeet word. Boonop word die eerste geleidelik geskiedenis, en in die tweede word al hoe meer ontdekkings gemaak. Hier is 'n kort lys van ontwikkelings wat geskep word:
- Ultragroot silikonkringe. Hulle het minimum komponentgroottes in die diep submikronstreek.
- Hoëspoed-heteroaansluitingstoestelle en geïntegreerde stroombane. Hulle is gebou op die basis van silikon, germanium, galliumarsenied, asook 'n aantal ander verbindings.
- Tegnologie van nanoska altoestelle, waarvan nanolitografie afsonderlik genoem moet word.
Alhoewel klein groottes hier aangedui word, is dit nie nodig om te misgis oor watter een is nieuiteindelike ultra-groot geïntegreerde stroombaan. Die algehele afmetings daarvan kan in sentimeter verskil, en in sommige spesifieke toestelle selfs meter. Mikrometers en nanometers is net die grootte van individuele elemente (soos transistors), en hul getal kan in die biljoene wees!
Ondanks so 'n getal, kan dit wees dat 'n ultragrootskaalse geïntegreerde stroombaan etlike honderde gram weeg. Alhoewel dit moontlik is dat dit so swaar sal wees dat selfs 'n volwassene dit nie op hul eie kan optel nie.
Hoe word hulle geskep?
Kom ons oorweeg moderne tegnologie. Dus, om ultra-suiwer halfgeleier enkelkristal materiale te skep, sowel as tegnologiese reagense (insluitend vloeistowwe en gasse), benodig jy:
- Verseker ultraskoon werksomstandighede in die waferverwerking- en vervoerarea.
- Ontwikkel tegnologiese bedrywighede en skep 'n stel toerusting, waar daar outomatiese prosesbeheer sal wees. Dit is nodig om die gespesifiseerde kwaliteit van verwerking en lae vlakke van kontaminasie te verseker. Alhoewel ons nie moet vergeet van die hoë werkverrigting en betroubaarheid van die geskepte elektroniese komponente nie.
Is dit 'n grap wanneer elemente geskep word waarvan die grootte in nanometers bereken word? Helaas, dit is onmoontlik vir 'n persoon om operasies uit te voer wat fenomenale akkuraatheid vereis.
Wat van binnelandse produsente?
HoekomIs die ultragroot geïntegreerde stroombaan sterk geassosieer met buitelandse ontwikkelings? In die vroeë 50's van die vorige eeu het die USSR die tweede plek in die ontwikkeling van elektronika behaal. Maar nou is dit uiters moeilik vir binnelandse produsente om met buitelandse maatskappye mee te ding. Dit is egter nie alles sleg nie.
Dus, met betrekking tot die skepping van komplekse wetenskap-intensiewe produkte, kan ons met vertroue sê dat die Russiese Federasie nou die voorwaardes, personeel en wetenskaplike potensiaal het. Daar is heelwat ondernemings en instansies wat verskeie elektroniese toestelle kan ontwikkel. Dit alles bestaan weliswaar in 'n taamlik beperkte volume.
So, dit is dikwels die geval wanneer hoë-tegnologie "grondstowwe" vir ontwikkeling gebruik word, soos VLSI geheue, mikroverwerkers en beheerders wat in die buiteland vervaardig is. Maar terselfdertyd word sekere probleme van seinverwerking en berekeninge programmaties opgelos.
Alhoewel daar nie aangeneem moet word dat ons uitsluitlik toerusting van verskeie komponente kan koop en saamstel nie. Daar is ook binnelandse weergawes van verwerkers, beheerders, ultragrootskaalse geïntegreerde stroombane en ander ontwikkelings. Maar, helaas, hulle kan nie met die leiers van die wêreld meeding wat hul doeltreffendheid betref nie, wat hul kommersiële implementering moeilik maak. Maar om dit in huishoudelike stelsels te gebruik waar jy nie baie krag nodig het nie of jy moet sorg vir betroubaarheid is heel moontlik.
PLC's vir programmeerbare logika
Dit is 'n afsonderlik toegewysde, belowende tipe ontwikkeling. Hulle is buite kompetisie in daardie gebiede waar jy moet skephoë-prestasie gespesialiseerde toestelle gefokus op hardeware implementering. Danksy dit word die taak om die verwerkingsproses te parallelliseer opgelos en werkverrigting vertienvoudig (in vergelyking met sagteware-oplossings).
In wese het hierdie ultragrootskaalse geïntegreerde stroombane veelsydige, konfigureerbare funksie-omskakelaars wat gebruikers toelaat om die verbindings tussen hulle aan te pas. En dit is alles op een kristal. Die resultaat is 'n korter bousiklus, 'n ekonomiese voordeel vir kleinskaalse produksie, en die vermoë om veranderinge in enige stadium van die ontwerp aan te bring.
Ontwikkeling van programmeerbare logika ultragroot geïntegreerde stroombane neem etlike maande. Daarna word hulle in die kortste moontlike tyd gekonfigureer - en dit is alles teen 'n minimum vlak van koste. Daar is verskillende vervaardigers, argitekture en vermoëns van die produkte wat hulle skep, wat die vermoë om take te voltooi aansienlik verhoog.
Hoe word hulle geklassifiseer?
Word gewoonlik hiervoor gebruik:
- Logiese kapasiteit (graad van integrasie).
- Organisasie van die interne struktuur.
- Tipe programmeerbare item wat gebruik is.
- Funksie-omskakelaar-argitektuur.
- Teenwoordigheid/afwesigheid van interne RAM.
Elke item verdien aandag. Maar helaas, die grootte van die artikel is beperk, daarom sal ons slegs die belangrikste komponent oorweeg.
Wat islogiese kapasiteit?
Dit is die belangrikste kenmerk vir baie grootskaalse geïntegreerde stroombane. Die aantal transistors daarin kan in die biljoene wees. Maar terselfdertyd is hul grootte gelyk aan 'n ellendige fraksie van 'n mikrometer. Maar as gevolg van die oortolligheid van strukture, word logiese kapasiteit gemeet in die aantal hekke wat nodig is om die toestel te implementeer.
Om hulle aan te wys, word aanwysers van honderdduisende en miljoene eenhede gebruik. Hoe hoër die waarde van logiese kapasiteit, hoe meer geleenthede kan 'n ultragrootskaalse geïntegreerde stroombaan ons bied.
Meer oor die doelwitte wat nagestreef is
VLSI is oorspronklik geskep vir vyfde generasie masjiene. In hul vervaardiging is hulle gelei deur 'n stroomargitektuur en die implementering van 'n intelligente mens-masjien-koppelvlak, wat nie net 'n sistematiese oplossing vir probleme sal bied nie, maar ook Masha die geleentheid sal bied om logies te dink, self te leer en logies te teken gevolgtrekkings.
Daar is aanvaar dat kommunikasie in natuurlike taal gevoer sou word deur 'n spraakvorm te gebruik. Wel, op een of ander manier is dit geïmplementeer. Maar tog is dit nog ver van die volwaardige probleemvrye skepping van ideale ultragroot geïntegreerde stroombane. Maar ons, die mensdom, gaan vorentoe met vertroue. VLSI-ontwerpoutomatisering speel 'n groot rol hierin.
Soos voorheen genoem, verg dit baie menslike en tydshulpbronne. Daarom, om geld te spaar, word outomatisering wyd gebruik. Na alles, wanneer dit nodig is om verbindings tussen miljarde te vestigkomponente, sal selfs 'n span van etlike dosyn mense jare daaraan spandeer. Terwyl outomatisering dit binne 'n kwessie van ure kan doen, as die korrekte algoritme gelê is.
Verdere vermindering lyk nou problematies, aangesien ons reeds die grens van transistortegnologie nader. Die kleinste transistors is reeds net 'n paar tientalle nanometer groot. As ons hulle met 'n paar honderd keer verminder, dan sal ons eenvoudig die afmetings van die atoom raakloop. Dit is ongetwyfeld goed, maar hoe om vorentoe te beweeg in terme van die verhoging van die doeltreffendheid van elektronika? Om dit te doen, moet jy na 'n nuwe vlak gaan. Byvoorbeeld, om kwantumrekenaars te skep.
Gevolgtrekking
Ultragrootskaalse geïntegreerde stroombane het 'n beduidende impak gehad op die ontwikkeling van die mensdom en die moontlikhede wat ons het. Maar dit is waarskynlik dat hulle binnekort verouderd sal raak en iets heeltemal anders sal kom om hulle te vervang.
Immers, helaas, ons nader reeds die grens van moontlikhede, en die mensdom is nie gewoond daaraan om stil te staan nie. Daarom is dit waarskynlik dat ultragroot geïntegreerde stroombane die nodige eerbewys sal ontvang, waarna dit deur meer gevorderde ontwerpe vervang sal word. Maar vir eers gebruik ons almal VLSI as die toppunt van bestaande skepping.
