Computerteknologi udvikler sig ekstremt hurtigt. Der er nye indretninger og udviklinger, som skal opfylde stadigt stigende krav. En af de mest interessante ting er det meget store integrerede kredsløb. Hvad er det? Hvorfor har hun sådan et navn? Vi ved, hvordan VLSI står for, men hvordan ser det ud i praksis? Hvor bruges de?
Udviklingshistorik
I begyndelsen af tresserne dukkede de første halvledermikrokredsløb op. Siden da er mikroelektronik kommet langt fra simple logiske elementer til de mest komplekse digitale enheder. Moderne komplekse og multifunktionelle computere kan fungere på en enkelt halvleder-enkrystal, hvis areal er en kvadratcentimeter.
Skulle have haft dem på en eller anden mådeklassificere og skelne. Meget stort integreret kredsløb (VLSI) hedder sådan, fordi der var behov for at udpege et mikrokredsløb, hvor integrationsgraden oversteg 104 elementer pr. chip. Det skete i slutningen af halvfjerdserne. Inden for få år blev det klart, at dette var den generelle retning for mikroelektronik.
Så det meget store integrerede kredsløb hedder sådan, fordi det var nødvendigt at klassificere alle resultaterne på dette område. Oprindeligt var mikroelektronik bygget på montageoperationer og var involveret i implementeringen af komplekse funktioner ved at kombinere mange elementer i én ting.
Og hvad så?
Oprindeligt var en væsentlig del af stigningen i prisen på fremstillede produkter netop i monteringsprocessen. De vigtigste stadier, som hvert produkt skulle igennem, er design, implementering og verifikation af forbindelser mellem komponenter. Funktionerne, såvel som dimensionerne af de enheder, der er implementeret i praksis, er udelukkende begrænset af antallet af anvendte komponenter, deres pålidelighed og fysiske dimensioner.
Så hvis de siger, at et meget stort integreret kredsløb vejer mere end 10 kg, er det meget muligt. Det eneste spørgsmål er rationaliteten i at bruge så stor en blok af komponenter.
Udvikling
Jeg vil gerne lave endnu en lille digression. Historisk set er integrerede kredsløb blevet tiltrukket af deres lille størrelse og vægt. Selvom der gradvist, med udviklingen, var muligheder for stadig tættereplacering af elementer. Og ikke kun. Dette skal ikke kun forstås som en kompakt placering, men også som en forbedring af ergonomiske indikatorer, en stigning i ydeevne og et niveau af driftssikkerhed.
Særlig opmærksomhed bør rettes mod materiale- og energiindikatorer, som direkte afhænger af arealet af den krystal, der bruges pr. komponent. Dette afhang i høj grad af det anvendte stof. Til at begynde med blev germanium brugt til halvlederprodukter. Men med tiden blev den fortrængt af silicium, som har mere attraktive egenskaber.
Hvad bliver brugt nu?
Så vi ved, at det meget store integrerede kredsløb hedder sådan, fordi det indeholder mange komponenter. Hvilke teknologier bruges i øjeblikket til at skabe dem? Oftest taler man om det dybe submikronområde, som gør det muligt at opnå effektiv brug af komponenter i 0,25-0,5 mikron, og nanoelektronik, hvor grundstoffer måles i nanometer. Desuden bliver den første efterhånden historie, og i den anden bliver der gjort flere og flere opdagelser. Her er en kort liste over udviklinger, der er ved at blive oprettet:
- Ultrastore siliciumkredsløb. De har minimumskomponentstørrelser i det dybe submikronområde.
- Højhastigheds heterojunction-enheder og integrerede kredsløb. De er bygget på basis af silicium, germanium, galliumarsenid, samt en række andre forbindelser.
- Teknologi af enheder i nanoskala, hvoraf nanolitografi skal nævnes separat.
Selv om små størrelser er angivet her, men der er ingen grund til at tage fejl af, hvilken der erultimativt ultra-stort integreret kredsløb. Dens overordnede dimensioner kan variere i centimeter, og i nogle specifikke enheder endda meter. Mikrometre og nanometer er kun på størrelse med individuelle elementer (såsom transistorer), og deres antal kan være i milliarder!
På trods af et sådant tal kan det være, at et integreret kredsløb i ultrastor skala vejer flere hundrede gram. Selvom det er muligt, at det bliver så tungt, at selv en voksen ikke kan løfte det på egen hånd.
Hvordan oprettes de?
Lad os overveje moderne teknologi. Så for at skabe ultrarene halvleder-enkrystalmaterialer såvel som teknologiske reagenser (inklusive væsker og gasser), har du brug for:
- Sørg for ultrarene arbejdsforhold i waferbehandlings- og transportområdet.
- Udvikle teknologiske operationer og skab et sæt udstyr, hvor der vil være automatiseret proceskontrol. Dette er nødvendigt for at sikre den specificerede kvalitet af behandlingen og lave niveauer af forurening. Selvom vi ikke bør glemme den høje ydeevne og pålidelighed af de skabte elektroniske komponenter.
Er det en joke, når der skabes elementer, hvis størrelse er beregnet i nanometer? Ak, det er umuligt for en person at udføre operationer, der kræver fænomenal nøjagtighed.
Hvad med indenlandske producenter?
HvorforEr det ultrastore integrerede kredsløb stærkt forbundet med udenlandsk udvikling? I begyndelsen af 50'erne af det sidste århundrede tog USSR andenpladsen i udviklingen af elektronik. Men nu er det ekstremt svært for indenlandske producenter at konkurrere med udenlandske virksomheder. Det er dog ikke helt dårligt.
Med hensyn til skabelsen af komplekse videnskabsintensive produkter kan vi således med tillid sige, at Den Russiske Føderation nu har betingelserne, personalet og det videnskabelige potentiale. Der er en del virksomheder og institutioner, der kan udvikle forskellige elektroniske enheder. Sandt nok findes alt dette i en ret begrænset mængde.
Så det er ofte tilfældet, når højteknologiske "råmaterialer" bruges til udvikling, såsom VLSI-hukommelse, mikroprocessorer og controllere, der er fremstillet i udlandet. Men samtidig løses visse problemer med signalbehandling og beregninger programmatisk.
Selvom det ikke skal antages, at vi udelukkende kan købe og samle udstyr fra forskellige komponenter. Der er også indenlandske versioner af processorer, controllere, ultra-store integrerede kredsløb og andre udviklinger. Men desværre kan de ikke konkurrere med verdens ledere med hensyn til deres effektivitet, hvilket gør deres kommercielle implementering vanskelig. Men at bruge dem i hjemmesystemer, hvor du ikke har brug for meget strøm, eller du skal sørge for pålidelighed, er meget muligt.
PLC'er til programmerbar logik
Dette er en særskilt tildelt lovende type udvikling. De er ude af konkurrence på de områder, hvor du skal skabehøjtydende specialiserede enheder fokuseret på hardwareimplementering. Takket være dette er opgaven med at parallelisere behandlingsprocessen løst, og ydeevnen bliver tidoblet (sammenlignet med softwareløsninger).
I det væsentlige har disse ultra-storskala integrerede kredsløb alsidige, konfigurerbare funktionsomformere, der giver brugerne mulighed for at tilpasse forbindelserne mellem dem. Og det hele er på én krystal. Resultatet er en kortere byggecyklus, en økonomisk fordel for småskalaproduktion og evnen til at foretage ændringer på ethvert trin af designet.
Udvikling af programmerbare logiske ultrastore integrerede kredsløb tager flere måneder. Derefter konfigureres de på kortest mulig tid - og det hele til et minimum af omkostninger. Der er forskellige producenter, arkitekturer og muligheder for de produkter, de skaber, hvilket i høj grad øger evnen til at udføre opgaver.
Hvordan klassificeres de?
Anvendes norm alt til dette:
- Logisk kapacitet (integrationsgrad).
- Organisation af den interne struktur.
- Anvendt programmerbar varetype.
- Funktionskonverteringsarkitektur.
- Tilstedeværelse/fravær af intern RAM.
Hver genstand fortjener opmærksomhed. Men desværre er artiklens størrelse begrænset, så vi vil kun overveje den vigtigste komponent.
Hvad erlogisk kapacitet?
Dette er den vigtigste egenskab for integrerede kredsløb i meget stor skala. Antallet af transistorer i dem kan være i milliarder. Men på samme tid er deres størrelse lig med en elendig brøkdel af en mikrometer. Men på grund af strukturernes redundans måles logisk kapacitet i antallet af porte, der er nødvendige for at implementere enheden.
For at udpege dem bruges indikatorer på hundredtusindvis og millioner af enheder. Jo højere værdien af den logiske kapacitet er, jo flere muligheder kan et integreret kredsløb i ultrastor skala tilbyde os.
Om de forfulgte mål
VLSI blev oprindeligt skabt til femte generations maskiner. I deres fremstilling blev de guidet af en streaming-arkitektur og implementeringen af en intelligent menneske-maskine-grænseflade, som ikke kun vil give en systematisk løsning på problemer, men også give Masha mulighed for at tænke logisk, selvlære og tegne logisk konklusioner.
Det blev antaget, at kommunikation ville blive udført i naturligt sprog ved hjælp af en taleform. Nå, på en eller anden måde blev det implementeret. Men stadig er det stadig langt fra den fuldgyldige problemfri skabelse af ideelle ultra-store integrerede kredsløb. Men vi, menneskeheden, bevæger os fremad med tillid. VLSI-designautomatisering spiller en stor rolle i dette.
Som tidligere nævnt kræver dette mange menneskelige og tidsmæssige ressourcer. Derfor er automatisering meget brugt for at spare penge. Når alt kommer til alt, når det er nødvendigt at etablere forbindelser mellem milliarderkomponenter, vil selv et team på flere dusin mennesker bruge år på det. Mens automatisering kan gøre dette på få timer, hvis den korrekte algoritme er lagt.
Yderligere reduktion synes problematisk nu, da vi allerede nærmer os grænsen for transistorteknologi. Allerede nu er de mindste transistorer kun et par tiere nanometer i størrelse. Hvis vi reducerer dem flere hundrede gange, så løber vi simpelthen ind i atomets dimensioner. Det er utvivlsomt godt, men hvordan kommer man videre i forhold til at øge effektiviteten af elektronik? For at gøre dette skal du gå til et nyt niveau. For eksempel for at skabe kvantecomputere.
Konklusion
Ultra-storskala integrerede kredsløb har haft en betydelig indflydelse på udviklingen af menneskeheden og de muligheder, vi har. Men det er sandsynligt, at de snart bliver forældede, og noget helt andet vil komme til at erstatte dem.
Når alt kommer til alt, desværre, nærmer vi os allerede grænsen for muligheder, og menneskeheden er ikke vant til at stå stille. Derfor er det sandsynligt, at ultrastore integrerede kredsløb vil blive givet behørig hæder, hvorefter de vil blive erstattet af mere avancerede designs. Men indtil videre bruger vi alle VLSI som højdepunktet af eksisterende skabelse.
