Die Computertechnologie entwickelt sich extrem schnell. Es gibt neue Layouts und Entwicklungen, die immer höheren Anforderungen gerecht werden müssen. Eines der interessantesten Dinge ist der sehr große integrierte Sch altkreis. Was ist das? Warum hat sie so einen Namen? Wir wissen, wofür VLSI steht, aber wie sieht es in der Praxis aus? Wo werden sie verwendet?
Entwicklungsverlauf
In den frühen sechziger Jahren erschienen die ersten Halbleiter-Mikrosch altkreise. Seitdem hat die Mikroelektronik einen langen Weg von einfachen logischen Elementen zu den komplexesten digitalen Geräten zurückgelegt. Moderne komplexe und multifunktionale Computer können mit einem einzigen Halbleiter-Einkristall arbeiten, dessen Fläche einen Quadratzentimeter beträgt.
Hätte sie irgendwie haben solleneinordnen und unterscheiden. Sehr große integrierte Sch altung (VLSI) wird so genannt, weil es notwendig war, eine Mikrosch altung zu bezeichnen, bei der der Integrationsgrad 104 Elemente pro Chip übersteigt. Es geschah Ende der siebziger Jahre. Innerhalb weniger Jahre wurde klar, dass dies die allgemeine Richtung für die Mikroelektronik war.
Also, die sehr große integrierte Sch altung wird so genannt, weil es notwendig war, alle Errungenschaften auf diesem Gebiet zu klassifizieren. Anfänglich war die Mikroelektronik auf Montageoperationen aufgebaut und befasste sich mit der Implementierung komplexer Funktionen, indem viele Elemente in einem Ding kombiniert wurden.
Und was dann?
Anfangs entfiel ein erheblicher Teil des Anstiegs der Kosten der hergestellten Produkte gerade auf den Montageprozess. Die Hauptphasen, die jedes Produkt durchlaufen musste, waren das Design, die Implementierung und die Überprüfung der Verbindungen zwischen den Komponenten. Die Funktionen sowie die Dimensionen der in der Praxis realisierten Geräte sind allein durch die Anzahl der verwendeten Komponenten, deren Zuverlässigkeit und physikalischen Abmessungen begrenzt.
Also wenn sie sagen, dass ein sehr großer integrierter Sch altkreis mehr als 10 kg wiegt, ist das durchaus möglich. Die einzige Frage ist die Rationalität der Verwendung eines so großen Blocks von Komponenten.
Entwicklung
Ich möchte noch einen kleinen Exkurs machen. In der Vergangenheit wurden integrierte Sch altungen durch ihre geringe Größe und ihr geringes Gewicht angezogen. Obwohl allmählich, mit der Entwicklung, Möglichkeiten für immer näher kamenPlatzierung von Elementen. Und nicht nur. Dies ist nicht nur als kompakte Platzierung zu verstehen, sondern auch als Verbesserung ergonomischer Kennwerte, Leistungssteigerung und Betriebssicherheit.
Besonderes Augenmerk sollte auf Material- und Energieindikatoren gelegt werden, die direkt von der Fläche des pro Bauteil verwendeten Kristalls abhängen. Dies hing weitgehend von der verwendeten Substanz ab. Ursprünglich wurde Germanium für Halbleiterprodukte verwendet. Aber im Laufe der Zeit wurde es durch Silizium verdrängt, das attraktivere Eigenschaften hat.
Was wird jetzt verwendet?
Wir wissen also, dass die sehr große integrierte Sch altung so genannt wird, weil sie viele Komponenten enthält. Welche Technologien werden derzeit verwendet, um sie zu erstellen? Meistens sprechen sie über den tiefen Submikrometerbereich, der eine effektive Nutzung von Komponenten in 0,25-0,5 Mikrometern ermöglicht, und Nanoelektronik, bei der Elemente in Nanometern gemessen werden. Darüber hinaus wird das erste allmählich Geschichte, und im zweiten werden immer mehr Entdeckungen gemacht. Hier ist eine kurze Liste der Entwicklungen, die erstellt werden:
- Ultragroße Siliziumsch altkreise. Sie haben minimale Komponentengrößen im tiefen Submikrometerbereich.
- Hochgeschwindigkeits-Heterojunction-Geräte und integrierte Sch altkreise. Sie sind auf der Basis von Silizium, Germanium, Galliumarsenid sowie einer Reihe anderer Verbindungen aufgebaut.
- Technologie nanoskaliger Bauelemente, von denen die Nanolithographie separat erwähnt werden sollte.
Hier sind zwar kleine Größen angegeben, aber es besteht kein Grund, sich zu irrenultimative ultra-große integrierte Sch altung. Seine Gesamtabmessungen können in Zentimetern und bei einigen bestimmten Geräten sogar in Metern variieren. Mikrometer und Nanometer sind nur die Größe einzelner Elemente (z. B. Transistoren), und ihre Anzahl kann in die Milliarden gehen!
Trotz einer solchen Zahl kann es sein, dass ein ultragroßer integrierter Sch altkreis mehrere hundert Gramm wiegt. Obwohl es möglich ist, dass es so schwer ist, dass selbst ein Erwachsener es nicht alleine heben kann.
Wie entstehen sie?
Betrachten wir moderne Technologie. Um also ultrareine Halbleiter-Einkristallmaterialien sowie technologische Reagenzien (einschließlich Flüssigkeiten und Gase) herzustellen, benötigen Sie:
- Sorgen Sie für ultrasaubere Arbeitsbedingungen im Bereich der Waferbearbeitung und des Transports.
- Entwickeln Sie technologische Operationen und erstellen Sie eine Reihe von Geräten, in denen es eine automatisierte Prozesssteuerung geben wird. Dies ist notwendig, um die vorgegebene Verarbeitungsqualität und geringe Kontamination zu gewährleisten. Obwohl wir die hohe Leistung und Zuverlässigkeit der hergestellten elektronischen Komponenten nicht vergessen sollten.
Ist es ein Witz, wenn Elemente erstellt werden, deren Größe in Nanometern berechnet wird? Leider ist es für eine Person unmöglich, Operationen durchzuführen, die phänomenale Genauigkeit erfordern.
Was ist mit einheimischen Produzenten?
WarumIst die ultragroße integrierte Sch altung stark mit ausländischen Entwicklungen verbunden? In den frühen 50er Jahren des letzten Jahrhunderts belegte die UdSSR den zweiten Platz in der Entwicklung der Elektronik. Aber jetzt ist es für einheimische Produzenten äußerst schwierig, mit ausländischen Unternehmen zu konkurrieren. Es ist aber nicht alles schlecht.
In Bezug auf die Schaffung komplexer wissenschaftsintensiver Produkte können wir daher mit Zuversicht sagen, dass die Russische Föderation jetzt über die Voraussetzungen, das Personal und das wissenschaftliche Potenzial verfügt. Es gibt einige Unternehmen und Institutionen, die verschiedene elektronische Geräte entwickeln können. Stimmt, all dies existiert in einem ziemlich begrenzten Umfang.
So ist es oft der Fall, wenn Hightech-"Rohstoffe" für die Entwicklung verwendet werden, wie VLSI-Speicher, Mikroprozessoren und Controller, die im Ausland hergestellt wurden. Aber gleichzeitig werden bestimmte Probleme der Signalverarbeitung und Berechnungen programmatisch gelöst.
Wobei nicht davon auszugehen ist, dass wir ausschließlich Geräte aus verschiedenen Komponenten zukaufen und zusammenbauen können. Es gibt auch inländische Versionen von Prozessoren, Controllern, ultragroßen integrierten Sch altkreisen und anderen Entwicklungen. Aber leider können sie in Bezug auf ihre Effektivität nicht mit den führenden Köpfen der Welt mith alten, was ihre kommerzielle Umsetzung erschwert. Aber der Einsatz in Haush altssystemen, in denen Sie nicht viel Strom benötigen oder auf die Zuverlässigkeit achten müssen, ist durchaus möglich.
SPS für programmierbare Logik
Dies ist eine separat zugeteilte vielversprechende Art der Entwicklung. Sie sind außer Konkurrenz in den Bereichen, in denen Sie erstellen müssenhochleistungsfähige spezialisierte Geräte, die sich auf die Hardwareimplementierung konzentrieren. Dadurch wird die Aufgabe der Parallelisierung des Verarbeitungsprozesses gelöst und die Performance verzehnfacht (im Vergleich zu Softwarelösungen).
Im Wesentlichen verfügen diese ultragroßen integrierten Sch altungen über vielseitige, konfigurierbare Funktionskonverter, mit denen Benutzer die Verbindungen zwischen ihnen anpassen können. Und es ist alles auf einem Kristall. Das Ergebnis ist ein kürzerer Bauzyklus, ein wirtschaftlicher Vorteil für die Produktion in kleinem Maßstab und die Möglichkeit, in jeder Phase des Designs Änderungen vorzunehmen.
Die Entwicklung von ultragroßen integrierten Sch altungen mit programmierbarer Logik dauert mehrere Monate. Danach werden sie in kürzester Zeit konfiguriert – und das zu minimalen Kosten. Es gibt verschiedene Hersteller, Architekturen und Fähigkeiten der von ihnen erstellten Produkte, was die Fähigkeit zur Erfüllung von Aufgaben erheblich verbessert.
Wie werden sie klassifiziert?
Normalerweise dafür verwendet:
- Logische Kapazität (Integrationsgrad).
- Organisation der internen Struktur.
- Typ des verwendeten programmierbaren Elements.
- Funktionskonverter-Architektur.
- Anwesenheit/Fehlen von internem RAM.
Jedes Element verdient Aufmerksamkeit. Aber leider ist die Größe des Artikels begrenzt, also betrachten wir nur die wichtigste Komponente.
Was istlogische Kapazität?
Dies ist das wichtigste Merkmal für sehr hochintegrierte Sch altungen. Die Anzahl der darin enth altenen Transistoren kann in die Milliarden gehen. Aber gleichzeitig entspricht ihre Größe einem kläglichen Bruchteil eines Mikrometers. Aber aufgrund der Redundanz von Strukturen wird die logische Kapazität in der Anzahl von Gattern gemessen, die benötigt wird, um das Gerät zu implementieren.
Um sie zu bezeichnen, werden Indikatoren von Hunderttausenden und Millionen von Einheiten verwendet. Je höher der Wert der logischen Kapazität, desto mehr Möglichkeiten bietet uns eine ultragroße integrierte Sch altung.
Über die verfolgten Ziele
VLSI wurde ursprünglich für Maschinen der fünften Generation entwickelt. Bei ihrer Herstellung wurden sie von einer Streaming-Architektur und der Implementierung einer intelligenten Mensch-Maschine-Schnittstelle geleitet, die nicht nur eine systematische Lösung von Problemen bietet, sondern Masha auch die Möglichkeit bietet, logisch zu denken, selbst zu lernen und logisch zu zeichnen Schlussfolgerungen.
Es wurde angenommen, dass die Kommunikation in natürlicher Sprache unter Verwendung einer Sprechform erfolgen würde. Nun, auf die eine oder andere Weise wurde es implementiert. Von der vollwertigen problemlosen Erstellung idealer ultragroßer integrierter Sch altungen ist sie jedoch noch weit entfernt. Aber wir, die Menschheit, gehen mit Zuversicht voran. VLSI-Designautomatisierung spielt dabei eine große Rolle.
Wie bereits erwähnt, erfordert dies viele personelle und zeitliche Ressourcen. Um Geld zu sparen, wird daher häufig auf Automatisierung gesetzt. Denn wenn es darum geht, Verbindungen zwischen Milliarden herzustellenKomponenten, selbst ein Team von mehreren Dutzend Leuten wird Jahre damit verbringen. Während die Automatisierung dies in wenigen Stunden erledigen kann, wenn der richtige Algorithmus festgelegt ist.
Eine weitere Reduzierung erscheint jetzt problematisch, da wir uns bereits der Grenze der Transistortechnologie nähern. Bereits die kleinsten Transistoren sind nur wenige zehn Nanometer groß. Verkleinern wir sie um das Hundertfache, dann stoßen wir einfach auf die Dimensionen des Atoms. Das ist zweifellos gut, aber wie geht es weiter, um die Effizienz der Elektronik zu steigern? Dazu müssen Sie auf eine neue Ebene gehen. Zum Beispiel, um Quantencomputer zu erstellen.
Schlussfolgerung
Ultrahochintegrierte Sch altkreise haben einen erheblichen Einfluss auf die Entwicklung der Menschheit und die Möglichkeiten, die wir haben. Aber es ist wahrscheinlich, dass sie bald obsolet werden und etwas ganz anderes sie ersetzen wird.
Schließlich nähern wir uns leider schon der Grenze des Möglichen, und die Menschheit ist es nicht gewohnt, stehen zu bleiben. Daher ist es wahrscheinlich, dass ultragroße integrierte Sch altungen gebührend geehrt werden, wonach sie durch fortschrittlichere Designs ersetzt werden. Aber im Moment verwenden wir alle VLSI als Höhepunkt bestehender Kreationen.
