Računalniška tehnologija se razvija izjemno hitro. Obstajajo nove postavitve in razvoj, ki morajo izpolnjevati vedno večje zahteve. Ena izmed najbolj zanimivih stvari je zelo veliko integrirano vezje. kaj je to? Zakaj ima tako ime? Vemo, kako pomeni VLSI, a kako to izgleda v praksi? Kje se uporabljajo?
zgodovina razvoja
V zgodnjih šestdesetih letih so se pojavila prva polprevodniška mikrovezja. Od takrat je mikroelektronika prehodila dolgo pot od preprostih logičnih elementov do najbolj zapletenih digitalnih naprav. Sodobni kompleksni in večnamenski računalniki lahko delujejo na enem polprevodniškem monokristalu, katerega površina je en kvadratni centimeter.
Nekako bi jih moral imetirazvrstiti in razlikovati. Zelo veliko integrirano vezje (VLSI) je tako imenovano, ker je bilo treba označiti mikrovezje, v katerem je stopnja integracije presegla 104 elemente na čip. Zgodilo se je v poznih sedemdesetih letih. V nekaj letih je postalo jasno, da je to splošna usmeritev mikroelektronike.
Torej, zelo veliko integrirano vezje je tako imenovano, ker je bilo treba razvrstiti vse dosežke na tem področju. Sprva je bila mikroelektronika zgrajena na montažnih operacijah in se je ukvarjala z izvajanjem kompleksnih funkcij z združevanjem številnih elementov v eni stvari.
In kaj potem?
Sprva je bil pomemben del podražitve proizvedenih izdelkov ravno v procesu montaže. Glavne faze, ki jih je moral preiti vsak izdelek, so načrtovanje, izvedba in preverjanje povezav med komponentami. Funkcije, kot tudi dimenzije naprav, ki so bile implementirane v praksi, so omejene izključno s številom uporabljenih komponent, njihovo zanesljivostjo in fizičnimi dimenzijami.
Torej, če pravijo, da neko zelo veliko integrirano vezje tehta več kot 10 kg, je to povsem mogoče. Edino vprašanje je racionalnost uporabe tako velikega bloka komponent.
Razvoj
Rad bi naredil še eno majhno digresijo. V preteklosti so integrirana vezja privlačila njihova majhnost in teža. Čeprav so se postopoma, z razvojem, pojavljale priložnosti za vedno bližjepostavitev elementov. In ne samo. To je treba razumeti ne le kot kompaktno postavitev, temveč tudi kot izboljšanje ergonomskih kazalnikov, povečanje zmogljivosti in stopnje zanesljivosti delovanja.
Posebno pozornost je treba nameniti kazalnikom materiala in energije, ki so neposredno odvisni od površine kristala, ki se uporablja na komponento. To je bilo v veliki meri odvisno od uporabljene snovi. Sprva so germanij uporabljali za polprevodniške izdelke. Toda sčasoma ga je izpodrinil silicij, ki ima bolj privlačne lastnosti.
Kaj se zdaj uporablja?
Torej vemo, da je zelo veliko integrirano vezje tako imenovano, ker vsebuje veliko komponent. Katere tehnologije se trenutno uporabljajo za njihovo ustvarjanje? Najpogosteje govorijo o globokem submikronskem območju, ki omogoča učinkovito uporabo komponent v 0,25-0,5 mikronov, in nanoelektroniki, kjer se elementi merijo v nanometrih. Poleg tega prva postopoma postane zgodovina, v drugem pa se odkrije vedno več odkritij. Tukaj je kratek seznam razvoja, ki nastaja:
- Ultra velika silikonska vezja. Imajo minimalne velikosti komponent v globokem submikronskem območju.
- Naprave za visoke hitrosti heterostičnic in integrirana vezja. Zgrajene so na osnovi silicija, germanija, galijevega arzenida, pa tudi številnih drugih spojin.
- Tehnologija nanomernih naprav, od katerih je treba posebej omeniti nanolitografijo.
Čeprav so tukaj navedene majhne velikosti, se ni treba zmotiti, katera jevrhunsko ultra veliko integrirano vezje. Njegove skupne dimenzije se lahko razlikujejo v centimetrih, pri nekaterih posebnih napravah pa celo v metrih. Mikrometri in nanometri so le velikosti posameznih elementov (kot so tranzistorji), njihovo število pa je lahko v milijardah!
Kljub takšni številki se lahko zgodi, da ultra-veliko integrirano vezje tehta nekaj sto gramov. Čeprav je možno, da bo tako težak, da ga niti odrasel ne more dvigniti sam.
Kako so ustvarjeni?
Razmislimo o sodobni tehnologiji. Torej, za ustvarjanje ultra čistih polprevodniških monokristalnih materialov, pa tudi tehnoloških reagentov (vključno s tekočinami in plini), potrebujete:
- Zagotovite ultra čiste delovne pogoje na območju obdelave in transporta rezin.
- Razviti tehnološke operacije in ustvariti nabor opreme, kjer bo avtomatiziran nadzor procesa. To je potrebno za zagotovitev določene kakovosti predelave in nizke stopnje kontaminacije. Čeprav ne smemo pozabiti na visoko zmogljivost in zanesljivost ustvarjenih elektronskih komponent.
Ali je šala, ko nastajajo elementi, katerih velikost je izračunana v nanometrih? Žal je nemogoče, da bi oseba izvajala operacije, ki zahtevajo fenomenalno natančnost.
Kaj pa domači proizvajalci?
ZakajJe ultra veliko integrirano vezje močno povezano s tujim razvojem? V zgodnjih 50-ih letih prejšnjega stoletja je ZSSR zasedla drugo mesto v razvoju elektronike. Toda zdaj je domačim proizvajalcem izjemno težko tekmovati s tujimi podjetji. Ni pa vse slabo.
Tako lahko glede ustvarjanja kompleksnih znanstveno intenzivnih izdelkov z gotovostjo trdimo, da ima Ruska federacija zdaj pogoje, kadre in znanstveni potencial. Obstaja kar nekaj podjetij in institucij, ki lahko razvijajo različne elektronske naprave. Res je, vse to obstaja v precej omejenem obsegu.
Torej se pogosto zgodi, da se za razvoj uporabljajo visokotehnološke "surovine", kot so pomnilnik VLSI, mikroprocesorji in krmilniki, ki so bili proizvedeni v tujini. Toda hkrati se nekateri problemi obdelave signalov in izračunov rešujejo programsko.
Čeprav ne gre domnevati, da lahko opremo kupujemo in sestavljamo izključno iz različnih komponent. Obstajajo tudi domače različice procesorjev, krmilnikov, ultra obsežnih integriranih vezij in drugega razvoja. A žal se po učinkovitosti ne morejo kosati z vodilnimi v svetu, kar otežuje njihovo komercialno izvajanje. Toda njihova uporaba v domačih sistemih, kjer ne potrebujete veliko energije ali morate poskrbeti za zanesljivost, je povsem možna.
PLC-ji za programabilno logiko
To je ločeno dodeljena obetavna vrsta razvoja. Na tistih področjih, kjer morate ustvarjati, so izven konkurencevisoko zmogljive specializirane naprave, osredotočene na implementacijo strojne opreme. Zahvaljujoč temu je rešena naloga vzporednega procesa obdelave in zmogljivost se poveča desetkrat (v primerjavi s programskimi rešitvami).
V bistvu imajo ta ultra obsežna integrirana vezja vsestranske, nastavljive pretvornike funkcij, ki uporabnikom omogočajo prilagajanje povezav med njimi. In vse je na enem kristalu. Rezultat je krajši cikel izdelave, ekonomska korist za proizvodnjo v majhnem obsegu in zmožnost spreminjanja na kateri koli stopnji načrtovanja.
Razvoj programabilnih logičnih ultra velikih integriranih vezij traja več mesecev. Po tem so konfigurirani v najkrajšem možnem času - in to je vse z minimalnimi stroški. Obstajajo različni proizvajalci, arhitekture in zmogljivosti izdelkov, ki jih ustvarjajo, kar močno poveča zmožnost opravljanja nalog.
Kako so razvrščeni?
Običajno se uporablja za to:
- Logična zmogljivost (stopnja integracije).
- Organizacija notranje strukture.
- Vrsta uporabljenega programabilnega elementa.
- Arhitektura pretvornika funkcij.
- Prisotnost/odsotnost notranjega RAM-a.
Vsak artikel si zasluži pozornost. Toda žal je velikost članka omejena, zato bomo upoštevali le najpomembnejšo komponento.
Kaj jelogična zmogljivost?
To je najpomembnejša lastnost za zelo velika integrirana vezja. Število tranzistorjev v njih je lahko v milijardah. Toda hkrati je njihova velikost enaka bednemu deležu mikrometra. Toda zaradi redundance struktur se logična zmogljivost meri v številu vrat, ki so potrebna za izvedbo naprave.
Za njihovo označevanje se uporabljajo kazalniki sto tisoč in milijonov enot. Višja kot je vrednost logične zmogljivosti, več priložnosti nam lahko ponudi ultra obsežno integrirano vezje.
O zasledovanih ciljih
VLSI je bil prvotno ustvarjen za stroje pete generacije. Pri izdelavi sta jih vodila pretočna arhitektura in izvedba inteligentnega vmesnika človek-stroj, ki ne bo zagotavljal le sistematičnega reševanja problemov, temveč bo Maši omogočil logično razmišljanje, samoučenje in logično risanje. zaključki.
Predpostavljalo se je, da bo komunikacija potekala v naravnem jeziku z uporabo govorne oblike. No, na tak ali drugačen način je bilo izvedeno. Še vedno pa je še daleč od popolnega ustvarjanja idealnih ultra velikih integriranih vezij brez težav. Toda mi, človeštvo, gremo samozavestno naprej. Avtomatizacija oblikovanja VLSI igra pri tem veliko vlogo.
Kot že omenjeno, to zahteva veliko človeških in časovnih virov. Zato se za prihranek denarja pogosto uporablja avtomatizacija. Konec koncev, ko je treba vzpostaviti povezave med milijardamikomponent, bo celo ekipa več deset ljudi za to porabila leta. Medtem ko lahko avtomatizacija to stori v nekaj urah, če je postavljen pravilen algoritem.
Nadaljnje zmanjšanje se zdaj zdi problematično, saj se že približujemo meji tranzistorske tehnologije. Že zdaj so najmanjši tranzistorji veliki le nekaj deset nanometrov. Če jih zmanjšamo za več stokrat, bomo preprosto naleteli na dimenzije atoma. Nedvomno je to dobro, a kako naprej v smislu povečanja učinkovitosti elektronike? Če želite to narediti, morate iti na novo raven. Na primer za ustvarjanje kvantnih računalnikov.
Sklep
Ultra-velika integrirana vezja so imela pomemben vpliv na razvoj človeštva in možnosti, ki jih imamo. Verjetno pa bodo kmalu zastarele in jih bo zamenjalo nekaj povsem drugega.
Konec koncev, žal, se že približujemo meji možnosti, človeštvo pa ni vajeno stati pri miru. Zato je verjetno, da bodo ultra velika integrirana vezja deležna ustrezne časti, nato pa jih bodo nadomestili naprednejši dizajni. Toda za zdaj vsi uporabljamo VLSI kot vrhunec obstoječega ustvarjanja.
