Bilgisayar teknolojisi son derece hızlı gelişiyor. Sürekli artan gereksinimleri karşılaması gereken yeni düzenler ve geliştirmeler var. En ilginç şeylerden biri çok büyük entegre devredir. Ne olduğunu? Neden böyle bir adı var? VLSI'nin ne anlama geldiğini biliyoruz, ancak pratikte nasıl görünüyor? Nerede kullanılırlar?
Geliştirme geçmişi
Altmışların başında, ilk yarı iletken mikro devreler ortaya çıktı. O zamandan beri mikroelektronik, basit mantıksal unsurlardan en karmaşık dijital cihazlara kadar uzun bir yol kat etti. Modern karmaşık ve çok işlevli bilgisayarlar, alanı bir santimetre kare olan tek bir yarı iletken tek kristal üzerinde çalışabilir.
Onları bir şekilde almalıydımsınıflandırmak ve ayırt etmek. Çok büyük entegre devre (VLSI) bu şekilde adlandırılmıştır çünkü entegrasyon derecesinin çip başına 104 elemanı aştığı bir mikro devrenin belirlenmesine ihtiyaç duyulmuştur. Yetmişlerin sonlarında oldu. Birkaç yıl içinde, bunun mikroelektronik için genel yön olduğu anlaşıldı.
Yani, çok büyük tümleşik devre bu şekilde adlandırılmıştır çünkü bu alandaki tüm başarıları sınıflandırmak gerekliydi. Başlangıçta mikroelektronik, montaj işlemleri üzerine kurulmuştu ve birçok öğeyi tek bir şeyde birleştirerek karmaşık işlevlerin uygulanmasıyla meşguldü.
Ya sonra?
Başlangıçta, üretilen ürünlerin maliyetindeki artışın önemli bir kısmı tam olarak montaj sürecindeydi. Her ürünün geçmesi gereken ana aşamalar, bileşenler arasındaki bağlantıların tasarımı, uygulanması ve doğrulanmasıdır. Pratikte uygulanan cihazların boyutları kadar işlevleri de yalnızca kullanılan bileşenlerin sayısı, güvenilirlikleri ve fiziksel boyutları ile sınırlıdır.
Yani çok büyük bir entegre devrenin 10 kg'dan daha ağır olduğunu söylerlerse, bu oldukça mümkündür. Tek soru, bu kadar büyük bir bileşen bloğu kullanmanın mantıklı olup olmadığıdır.
Geliştirme
Küçük bir arasöz daha yapmak istiyorum. Tarihsel olarak, entegre devreler küçük boyutları ve ağırlıkları ile ilgi görmüştür. Yavaş yavaş, gelişmeyle birlikte, daha da yakınlaşmak için fırsatlar vardı.elemanların yerleştirilmesi. Ve sadece değil. Bu, yalnızca kompakt bir yerleşim olarak değil, aynı zamanda ergonomik göstergelerde bir gelişme, performansta bir artış ve bir operasyonel güvenilirlik seviyesi olarak anlaşılmalıdır.
Doğrudan bileşen başına kullanılan kristalin alanına bağlı olan malzeme ve enerji göstergelerine özel dikkat gösterilmelidir. Bu büyük ölçüde kullanılan maddeye bağlıydı. Başlangıçta, yarı iletken ürünler için germanyum kullanıldı. Ancak zamanla yerini daha çekici özelliklere sahip olan silikon aldı.
Şu anda ne kullanılıyor?
Yani, çok büyük tümleşik devrenin birçok bileşen içerdiği için bu şekilde adlandırıldığını biliyoruz. Şu anda bunları oluşturmak için hangi teknolojiler kullanılıyor? Çoğu zaman, bileşenlerin 0,25-0,5 mikronda etkili bir şekilde kullanılmasını mümkün kılan derin mikron altı bölgesi ve elementlerin nanometre cinsinden ölçüldüğü nanoelektronik hakkında konuşurlar. Dahası, ilki yavaş yavaş tarihe karışıyor ve ikincisinde giderek daha fazla keşif yapılıyor. İşte oluşturulmakta olan gelişmelerin kısa bir listesi:
- Ultra büyük silikon devreler. Derin mikron altı bölgesinde minimum bileşen boyutlarına sahiptirler.
- Yüksek hızlı heterojunction cihazları ve entegre devreler. Silikon, germanyum, galyum arsenit ve ayrıca bir dizi başka bileşik temelinde inşa edilirler.
- Nanolitografinin ayrıca belirtilmesi gereken nano ölçekli cihazların teknolojisi.
Burada küçük boyutlar belirtilmiş olsa da, hangisinin olduğu konusunda yanılmaya gerek yoknihai ultra büyük entegre devre. Genel boyutları santimetre olarak ve bazı özel cihazlarda metre olarak değişebilir. Mikrometreler ve nanometreler, tek tek öğelerin (transistörler gibi) boyutudur ve sayıları milyarlarca olabilir!
Böyle bir sayıya rağmen, ultra büyük ölçekli bir entegre devrenin ağırlığı birkaç yüz gram olabilir. Bir yetişkinin bile kendi başına kaldıramayacağı kadar ağır olması mümkün olsa da.
Nasıl oluşturulurlar?
Modern teknolojiyi ele alalım. Bu nedenle, ultra saf yarı iletken tek kristalli malzemelerin yanı sıra teknolojik reaktifler (sıvılar ve gazlar dahil) oluşturmak için şunlara ihtiyacınız vardır:
- Gofret işleme ve taşıma alanında ultra temiz çalışma koşulları sağlayın.
- Teknolojik operasyonları geliştirin ve otomatik süreç kontrolünün olacağı bir dizi ekipman oluşturun. Bu, belirtilen işleme kalitesini ve düşük kirlilik seviyelerini sağlamak için gereklidir. Yine de oluşturulan elektronik bileşenlerin yüksek performansını ve güvenilirliğini unutmamalıyız.
Boyutları nanometre cinsinden hesaplanan elementler oluşturulurken şaka mı oluyor? Ne yazık ki, bir kişinin olağanüstü doğruluk gerektiren işlemleri yapması imkansızdır.
Ya yerli üreticiler?
NedenUltra büyük entegre devre, dış gelişmelerle güçlü bir şekilde ilişkili mi? Geçen yüzyılın 50'li yıllarının başında, SSCB elektroniklerin geliştirilmesinde ikinci sırada yer aldı. Ama artık yerli üreticilerin yabancı firmalarla rekabet etmesi son derece zor. Yine de hepsi kötü değil.
Böylece, karmaşık bilim yoğun ürünlerin yaratılmasıyla ilgili olarak, Rusya Federasyonu'nun artık koşullara, personele ve bilimsel potansiyele sahip olduğunu güvenle söyleyebiliriz. Çeşitli elektronik cihazlar geliştirebilen oldukça az sayıda işletme ve kurum bulunmaktadır. Doğru, tüm bunlar oldukça sınırlı bir hacimde var.
Dolayısıyla, yurtdışında üretilen VLSI bellek, mikroişlemciler ve kontrolörler gibi geliştirme için yüksek teknolojili "hammaddeler" kullanıldığında sıklıkla karşılaşılan bir durumdur. Ancak aynı zamanda, belirli sinyal işleme ve hesaplama sorunları programlı olarak çözülür.
Yalnızca çeşitli bileşenlerden ekipman satın alıp monte edebileceğimiz varsayılmamalıdır. İşlemcilerin, kontrolörlerin, ultra büyük ölçekli entegre devrelerin ve diğer gelişmelerin yerli versiyonları da vardır. Ancak ne yazık ki etkinlikleri açısından dünya liderleriyle rekabet edememekte ve bu da ticari uygulamalarını zorlaştırmaktadır. Ancak çok fazla güce ihtiyaç duymadığınız veya güvenilirliğe dikkat etmeniz gereken yerli sistemlerde bunları kullanmak oldukça mümkün.
Programlanabilir mantık için PLC'ler
Bu, ayrı olarak tahsis edilmiş, gelecek vaat eden bir geliştirme türüdür. Oluşturmanız gereken alanlarda rekabet dışılar.donanım uygulamasına odaklanan yüksek performanslı özel cihazlar. Bu sayede, işleme sürecini paralelleştirme görevi çözülür ve performans (yazılım çözümleriyle karşılaştırıldığında) on kat artar.
Esasen, bu ultra büyük ölçekli entegre devreler, kullanıcıların aralarındaki bağlantıları özelleştirmesine olanak tanıyan çok yönlü, yapılandırılabilir işlev dönüştürücülere sahiptir. Ve hepsi tek bir kristalde. Sonuç, daha kısa bir yapım döngüsü, küçük ölçekli üretim için ekonomik bir fayda ve tasarımın herhangi bir aşamasında değişiklik yapabilme yeteneğidir.
Programlanabilir mantık ultra büyük entegre devrelerin geliştirilmesi birkaç ay sürer. Bundan sonra, mümkün olan en kısa sürede yapılandırılırlar - ve bunların tümü minimum maliyet düzeyindedir. Oluşturdukları ürünlerin farklı üreticileri, mimarileri ve yetenekleri vardır, bu da görevleri tamamlama yeteneğini büyük ölçüde artırır.
Nasıl sınıflandırılırlar?
Genellikle bunun için kullanılır:
- Mantıksal kapasite (entegrasyon derecesi).
- İç yapının organizasyonu.
- Kullanılan programlanabilir öğenin türü.
- Fonksiyon dönüştürücü mimarisi.
- Dahili RAM varlığı/yokluğu.
Her öğe ilgiyi hak ediyor. Ama ne yazık ki, makalenin boyutu sınırlıdır, bu yüzden sadece en önemli bileşeni ele alacağız.
Nedirmantıksal kapasite?
Bu, çok büyük ölçekli entegre devreler için en önemli özelliktir. İçlerindeki transistör sayısı milyarlarca olabilir. Ama aynı zamanda, boyutları bir mikrometrenin sefil bir kısmına eşittir. Ancak yapıların fazlalığı nedeniyle, mantıksal kapasite, cihazı uygulamak için gereken kapı sayısıyla ölçülür.
Onları belirtmek için yüzbinlerce ve milyonlarca birimin göstergeleri kullanılır. Mantıksal kapasitenin değeri ne kadar yüksek olursa, ultra büyük ölçekli bir entegre devre bize o kadar fazla fırsat sunabilir.
İzlenen hedefler hakkında
VLSI, ilk olarak beşinci nesil makineler için oluşturuldu. Üretimlerinde, akış mimarisi ve yalnızca sorunlara sistematik bir çözüm sağlamakla kalmayacak, aynı zamanda Masha'ya mantıklı düşünme, kendi kendine öğrenme ve mantıklı çizim yapma fırsatı sağlayacak akıllı bir insan-makine arayüzünün uygulanması tarafından yönlendirildiler. sonuçlar.
İletişimin bir konuşma biçimi kullanılarak doğal dilde yürütüleceği varsayılmıştır. Eh, öyle ya da böyle uygulandı. Ancak yine de, ideal ultra büyük entegre devrelerin tam teşekküllü sorunsuz oluşturulmasından hala uzaktır. Ama biz insanlık olarak güvenle ilerliyoruz. VLSI tasarım otomasyonu bunda büyük rol oynuyor.
Daha önce de belirtildiği gibi, bu çok fazla insan ve zaman kaynağı gerektirir. Bu nedenle, paradan tasarruf etmek için otomasyon yaygın olarak kullanılmaktadır. Sonuçta, milyarlarca kişi arasında bağlantı kurmak gerektiğindebileşenleri, hatta birkaç düzine kişiden oluşan bir ekip bile bunun için yıllarını harcayacaktır. Otomasyon bunu birkaç saat içinde yapabilirken, doğru algoritma belirlenirse.
Transistör teknolojisinin sınırına yaklaştığımız için daha fazla az altma şimdi sorunlu görünüyor. Zaten, en küçük transistörler sadece birkaç on nanometre boyutundadır. Onları birkaç yüz kez küçültürsek, o zaman basitçe atomun boyutlarına ulaşırız. Kuşkusuz bu iyi bir şey ama elektroniğin verimliliğini artırma konusunda nasıl ilerlenebilir? Bunu yapmak için yeni bir seviyeye geçmelisin. Örneğin, kuantum bilgisayarlar oluşturmak için.
Sonuç
Ultra-büyük ölçekli entegre devreler, insanlığın gelişimi ve sahip olduğumuz olanaklar üzerinde önemli bir etkiye sahiptir. Ama muhtemelen yakında modası geçecekler ve onların yerine tamamen farklı bir şey gelecek.
Sonuçta, ne yazık ki, zaten olasılıkların sınırına yaklaşıyoruz ve insanlık hareketsiz kalmaya alışık değil. Bu nedenle, ultra büyük tümleşik devrelere gereken saygının gösterilmesi ve ardından daha gelişmiş tasarımlarla değiştirilmeleri muhtemeldir. Ancak şimdilik hepimiz var olan yaratımın zirvesi olarak VLSI kullanıyoruz.
