La tecnologia informatica si sta sviluppando in modo estremamente veloce. Ci sono nuovi layout e sviluppi che devono soddisfare requisiti sempre maggiori. Una delle cose più interessanti è il circuito integrato molto grande. Cos'è? Perché ha un nome così? Sappiamo come sta VLSI, ma che aspetto ha in pratica? Dove vengono utilizzati?
Cronologia dello sviluppo
All'inizio degli anni Sessanta apparvero i primi microcircuiti a semiconduttore. Da allora, la microelettronica ha fatto molta strada dai semplici elementi logici ai dispositivi digitali più complessi. I moderni computer complessi e multifunzionali possono operare su un singolo cristallo semiconduttore, la cui area è di un centimetro quadrato.
Avrei dovuto averli in qualche modoclassificare e distinguere. Il circuito integrato molto grande (VLSI) è così chiamato perché era necessario designare un microcircuito, in cui il grado di integrazione superava i 104 elementi per chip. È successo alla fine degli anni Settanta. Nel giro di pochi anni divenne chiaro che questa era la direzione generale per la microelettronica.
Quindi, il circuito integrato molto grande è così chiamato perché era necessario classificare tutte le realizzazioni in quest'area. Inizialmente, la microelettronica era basata su operazioni di assemblaggio ed era impegnata nell'implementazione di funzioni complesse combinando molti elementi in un'unica cosa.
E poi?
Inizialmente, una parte significativa dell'aumento del costo dei prodotti realizzati era proprio nel processo di assemblaggio. Le fasi principali che ogni prodotto ha dovuto attraversare sono la progettazione, realizzazione e verifica delle connessioni tra i componenti. Le funzioni, così come le dimensioni dei dispositivi che sono stati implementati nella pratica, sono limitate unicamente dal numero dei componenti utilizzati, dalla loro affidabilità e dalle dimensioni fisiche.
Quindi, se dicono che un circuito integrato molto grande pesa più di 10 kg, è del tutto possibile. L'unica domanda è la razionalità dell'utilizzo di un blocco di componenti così grande.
Sviluppo
Vorrei fare un' altra piccola digressione. Storicamente, i circuiti integrati sono stati attratti dalle loro dimensioni e peso ridotti. Anche se gradualmente, con lo sviluppo, ci sono state opportunità per sempre più vicineposizionamento degli elementi. E non solo. Questo dovrebbe essere inteso non solo come un posizionamento compatto, ma anche come un miglioramento degli indicatori ergonomici, un aumento delle prestazioni e un livello di affidabilità operativa.
Un'attenzione particolare dovrebbe essere prestata agli indicatori di materiale ed energia, che dipendono direttamente dall'area del cristallo utilizzato per componente. Ciò dipendeva in gran parte dalla sostanza utilizzata. Inizialmente, il germanio veniva utilizzato per i prodotti a semiconduttore. Ma nel tempo è stato soppiantato dal silicio, che ha caratteristiche più interessanti.
Cosa viene utilizzato ora?
Quindi sappiamo che il circuito integrato molto grande è così chiamato perché contiene molti componenti. Quali tecnologie vengono attualmente utilizzate per crearli? Molto spesso parlano della regione profonda del submicron, che consente di ottenere l'uso efficace dei componenti in 0,25-0,5 micron, e della nanoelettronica, dove gli elementi vengono misurati in nanometri. Inoltre, la prima diventa gradualmente storia, e nella seconda si fanno sempre più scoperte. Ecco un breve elenco di sviluppi in fase di creazione:
- Circuiti al silicio ultra-grandi. Hanno dimensioni minime dei componenti nella regione del submicron profondo.
- Dispositivi di eterogiunzione ad alta velocità e circuiti integrati. Sono costruiti sulla base di silicio, germanio, arseniuro di gallio e numerosi altri composti.
- Tecnologia dei dispositivi su scala nanometrica, di cui la nanolitografia dovrebbe essere menzionata separatamente.
Sebbene qui siano indicate le taglie piccole, non c'è bisogno di sbagliarsi su quale siaultimo circuito integrato ultra-grande. Le sue dimensioni complessive possono variare di centimetri e in alcuni dispositivi specifici anche di metri. Micrometri e nanometri sono solo le dimensioni di singoli elementi (come i transistor) e il loro numero può essere di miliardi!
Nonostante un tale numero, è possibile che un circuito integrato di grandissime dimensioni pesi diverse centinaia di grammi. Anche se è possibile che sia così pesante che anche un adulto non può sollevarlo da solo.
Come vengono creati?
Consideriamo la tecnologia moderna. Quindi, per creare materiali monocristallini semiconduttori ultra puri, oltre a reagenti tecnologici (inclusi liquidi e gas), è necessario:
- Garantire condizioni di lavoro ultra-pulite nell'area di lavorazione e trasporto dei wafer.
- Sviluppare operazioni tecnologiche e creare un set di apparecchiature, dove ci sarà il controllo del processo automatizzato. Ciò è necessario per garantire la qualità di lavorazione specificata e bassi livelli di contaminazione. Anche se non dobbiamo dimenticare le elevate prestazioni e l'affidabilità dei componenti elettronici creati.
È uno scherzo quando vengono creati elementi la cui dimensione viene calcolata in nanometri? Purtroppo, è impossibile per una persona eseguire operazioni che richiedono un'accuratezza fenomenale.
E i produttori nazionali?
PerchéIl circuito integrato ultra-grande è fortemente associato agli sviluppi esteri? All'inizio degli anni '50 del secolo scorso, l'URSS prese il secondo posto nello sviluppo dell'elettronica. Ma ora è estremamente difficile per i produttori nazionali competere con le società straniere. Non è tutto male però.
Quindi, per quanto riguarda la creazione di prodotti complessi ad alta intensità scientifica, possiamo affermare con sicurezza che la Federazione Russa ora ha le condizioni, il personale e il potenziale scientifico. Ci sono parecchie imprese e istituzioni che possono sviluppare vari dispositivi elettronici. È vero, tutto questo esiste in un volume piuttosto limitato.
Quindi, accade spesso quando per lo sviluppo vengono utilizzate "materie prime" high-tech, come memorie VLSI, microprocessori e controller prodotti all'estero. Ma allo stesso tempo, alcuni problemi di elaborazione del segnale e di calcolo vengono risolti in modo programmatico.
Anche se non si deve presumere che possiamo acquistare e assemblare esclusivamente apparecchiature da vari componenti. Esistono anche versioni domestiche di processori, controller, circuiti integrati su larga scala e altri sviluppi. Ma, ahimè, non possono competere con i leader mondiali in termini di efficacia, il che rende difficile la loro implementazione commerciale. Ma usarli in sistemi domestici dove non hai bisogno di molta potenza o devi prenderti cura dell'affidabilità è del tutto possibile.
PLC per logica programmabile
Questo è un tipo di sviluppo promettente assegnato separatamente. Sono fuori competizione in quelle aree in cui è necessario crearedispositivi specializzati ad alte prestazioni focalizzati sull'implementazione hardware. Grazie a ciò, il compito di parallelizzare il processo di elaborazione viene risolto e le prestazioni aumentano di dieci volte (rispetto alle soluzioni software).
In sostanza, questi circuiti integrati su larga scala hanno convertitori di funzioni versatili e configurabili che consentono agli utenti di personalizzare le connessioni tra di loro. Ed è tutto su un cristallo. Il risultato è un ciclo di costruzione più breve, un vantaggio economico per la produzione su piccola scala e la possibilità di apportare modifiche in qualsiasi fase del progetto.
Lo sviluppo di circuiti integrati ultra-grandi a logica programmabile richiede diversi mesi. Dopodiché, vengono configurati nel più breve tempo possibile - e tutto questo a un livello minimo di costi. Esistono diversi produttori, architetture e capacità dei prodotti che creano, il che aumenta notevolmente la capacità di completare le attività.
Come sono classificati?
Di solito usato per questo:
- Capacità logica (grado di integrazione).
- Organizzazione della struttura interna.
- Tipo di elemento programmabile utilizzato.
- Architettura del convertitore di funzioni.
- Presenza/assenza di RAM interna.
Ogni oggetto merita attenzione. Ma ahimè, la dimensione dell'articolo è limitata, quindi considereremo solo la componente più importante.
Che cos'ècapacità logica?
Questa è la caratteristica più importante per i circuiti integrati su larga scala. Il numero di transistor al loro interno può essere di miliardi. Ma allo stesso tempo, la loro dimensione è pari a una misera frazione di micrometro. Ma a causa della ridondanza delle strutture, la capacità logica viene misurata nel numero di porte necessarie per implementare il dispositivo.
Per designarli, vengono utilizzati indicatori di centinaia di migliaia e milioni di unità. Maggiore è il valore della capacità logica, maggiori sono le opportunità che un circuito integrato su larga scala può offrirci.
Informazioni sugli obiettivi perseguiti
VLSI è stato originariamente creato per le macchine di quinta generazione. Nella loro fabbricazione, sono stati guidati da un'architettura di streaming e dall'implementazione di un'interfaccia uomo-macchina intelligente, che non solo fornirà una soluzione sistematica ai problemi, ma fornirà anche a Masha l'opportunità di pensare in modo logico, autoapprendere e disegnare logiche conclusioni.
Si presumeva che la comunicazione sarebbe stata condotta in un linguaggio naturale utilizzando una forma vocale. Bene, in un modo o nell' altro è stato implementato. Tuttavia, è ancora lontano dalla creazione senza problemi a tutti gli effetti di circuiti integrati ultra-grandi ideali. Ma noi, l'umanità, stiamo andando avanti con fiducia. L'automazione della progettazione VLSI gioca un ruolo importante in questo.
Come accennato in precedenza, ciò richiede molte risorse umane e di tempo. Pertanto, per risparmiare denaro, l'automazione è ampiamente utilizzata. Dopotutto, quando è necessario stabilire connessioni tra miliardicomponenti, anche un team di diverse dozzine di persone ci trascorrerà anni. Mentre l'automazione può farlo nel giro di poche ore, se viene impostato l'algoritmo corretto.
Un'ulteriore riduzione sembra problematica ora, poiché ci stiamo già avvicinando al limite della tecnologia dei transistor. I transistor più piccoli hanno già una dimensione di poche decine di nanometri. Se li riduciamo di diverse centinaia di volte, ci imbatteremo semplicemente nelle dimensioni dell'atomo. Indubbiamente, questo è un bene, ma come andare avanti in termini di aumento dell'efficienza dell'elettronica? Per fare questo, devi andare a un nuovo livello. Ad esempio, per creare computer quantistici.
Conclusione
I circuiti integrati su larga scala hanno avuto un impatto significativo sullo sviluppo dell'umanità e sulle possibilità che abbiamo. Ma è probabile che presto diventino obsoleti e qualcosa di completamente diverso verrà a sostituirli.
Dopotutto, ahimè, ci stiamo già avvicinando al limite delle possibilità e l'umanità non è abituata a stare ferma. Pertanto, è probabile che i circuiti integrati ultra-grandi riceveranno i dovuti onori, dopodiché saranno sostituiti da progetti più avanzati. Ma per ora, usiamo tutti VLSI come l'apice della creazione esistente.
